[发明专利]一种悬挂式空轨轨道梁主焊缝设计方法

说明书

本发明涉及一种既能解决了轨道梁主焊缝的设计差异较大，造成主焊缝过设计情况，又能降低轨道梁制造成本的悬挂式空轨轨道梁主焊缝设计方法，采用有限元与理论计算结合的方法对悬挂式轨道梁的主焊缝受力状态进行详细分析计算，对其传力规律进行研究，并在此基础上确定轨道梁主焊缝的受力状态和焊缝结构型式，本设计方法可对悬挂式轨道梁的主焊缝进行定量分析，避免主焊缝过设计，降低投资成本。

技术领域

本发明涉及一种既能解决了轨道梁主焊缝的设计差异较大，造成主焊缝过设计情况，又能降低轨道梁制造成本的悬挂式空轨轨道梁主焊缝设计方法。

背景技术

CN110083848A、名称“一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法”，以大大减少焊缝设计计算工作量，且使钢结构受力更加合理。包括如下步骤：(1)根据轴力按照面积分配的原则，计算出腹板上分配的轴力Nf；(2)设定侧面角焊缝剪应力传递路径长度l；(3)按照侧面角焊缝上剪应力均匀分布计算出等效剪应力τ₁；(4)将等效剪应力乘以2，得到最大剪应力τ₂。通过计算总结出了侧面角焊缝的有效传力长度，解决了规范规定的焊缝计算长度过小的问题，可用于大型杆件的侧面角焊缝的设计；得出了侧面角焊缝等效剪应力及最大剪应力计算公式，可以根据杆件的受力，通过简单的计算得到焊缝了剪应力，进而确定焊缝的有效高度，大大的减小了计算工作量；通过本方法建成的国内某座铁路大跨度岷江大桥，并已成功推广应用于国内其他铁路大跨度钢桁梁桥的建设中，解决了技术难题，使结构受力更加合理。但是，此发明中仅确定了侧面角焊缝的有效传力长度及剪应力的计算，对于受力状态复杂的悬挂式空轨轨道梁主焊缝无法适用。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种既能解决了轨道梁主焊缝的设计差异较大，造成主焊缝过设计情况，又能降低轨道梁制造成本的悬挂式空轨轨道梁主焊缝设计方法。

设计方案：悬挂式单轨交通系统作为一种新型的中、低运量的城市单轨交通系统，具有占地面积小、兼容性强、投资成本低、建设周期短等优点，可以选为中小城市主要发展的轨道交通形式，也可以作为大型城市交通系统的完善补充。目前，德国和日本已相继发展了悬挂式单轨，并已成功运营多条线路。国内仅建设了几条试验线（均为厂内试验线），尚未建设运营线路。对于轨道梁的主焊缝设计，暂没形成相关深入研究。车辆荷载基本一致的情况下，轨道梁主焊缝的设计差异较大，造成主焊缝过设计情况出现，一定程度上增加了项目投资成本，不利该体制的推广。对于悬挂式空轨轨道梁主焊缝，目前还未见相关的计算方法。

本发明在参考国外设计资料的基础上，基于实际工程经验，采用有限元、理论计算结合的方法对主焊缝进行计算研究，分析轨道梁主焊缝的受力特点和规律，确定主焊缝设计方法和理念。在方法设计上：对轨道梁主焊缝进行受力体系，通过有限元计算确定出某一区域的焊缝所受内力，参考相关钢结构设计标准进行焊缝设计和名义应力计算，验算焊缝的强度和疲劳指标。具体相关步骤如下所述：

1）对轨道梁主焊缝各个受力体系进行分解，确定主焊缝受力状态；

2）根据轨道梁及焊缝的受力体系分析，将轨道梁对称中心线一侧划分五个区域进行研究，区域一位于跨中位置，设置9个节点连接单元，区域二至区域五沿梁长方向分布，均设置2个节点连接单元（加劲肋位置和肋中位置）；

3）使用有限元软件建立包含研究区域及节点连接单元的有限元模型，确定荷载组合列车：列车静活载作用、主力+附加力（自重+二恒+列车竖向静活载+动力作用+列车横向摇摆力/离心力+风载）、疲劳组合（列车竖向静活载+动力作用+列车横向摇摆力/离心力）；

4）将列车静活载按移动荷载的方式进行加载，计算列车移动过程中主焊缝的传力变化规律；

5）提取各节点连接单元（焊缝区域）的内力值，按照相关钢结构设计标准进行焊缝初步结构设计和名义应力值计算，验算焊缝的强度和疲劳指标。