BS7608標準在地鐵車輛車體焊縫疲勞設計中的應用

劉立璽+李英奎+劉洪濤

摘 要：地鐵車輛車體弧焊焊縫的設計在整個車體的設計環節中至關重要，目前國內對耐候鋼和不銹鋼車體疲勞問題的研究尚處于起步階段，其設計中使用的標準也沒有形成較為健全的體系。近兩年來，借鑒國外車輛研發經驗，國內地鐵設計廠商逐漸基于BS7608標準對車體弧焊縫進行設計，文章將對其具體的方法進行闡述，相關結論可為進一步研究車體疲勞問題的同行提供參考。

關鍵詞：地鐵車輛；弧焊焊接；焊縫疲勞；評估方法

中圖分類號：U270.2 TH123 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0003-02

1 概 述

地鐵車輛車體弧焊焊縫設計在整個車體的設計環節中至關重要，目前國內對耐候鋼和不銹鋼車體疲勞問題的研究尚處于起步階段，其設計中使用的標準也沒有形成較為健全的體系。盡兩年來，借鑒國外車輛研發經驗，國內地鐵設計廠商逐漸基于BS7608標準對車體弧焊縫進行設計，本文將對其具體的方法進行闡述，相關結論可為進一步研究車體疲勞問題的同行提供參考。

2 車體弧焊接頭型式

2.1 國內外不銹鋼車體弧焊典型接頭型式

為對焊縫進行疲勞機理和評估研究，國內外大部分車體所采用的弧焊接頭類型，見表1。其位置主要集中在端底架部位，其焊接母材主要是高強度碳鋼板。

2.2 常用焊接頭載荷方向及疲勞裂紋

對于車體焊縫的典型位置，其焊縫的疲勞裂紋位置及方向，見表2[1]。在設計過程中，如出現表中裂紋區域屬于高載荷循環應力，則應進行改進設計，避免焊接接頭的出現或更改焊接接頭型式。對于不同的焊接接頭，其所承受的疲勞極限是不同的，下面章節給出了具體的評估辦法。

2.3 英國（BS7608標準）疲勞評估方法

對弧焊焊接接頭進行疲勞評估，關鍵在于選擇S-N曲線，根據接頭幾何形狀和載荷屬性，不同的焊接接頭對應的S-N曲線有相當大的差異[2]。評估中應用的損傷及損傷比計算方法如下，均值S-N曲線，如圖1所示。

其中，n，評估應力幅Sr的次數；S0，評估點位置S-N曲線拐點值；m，S-N曲線斜率。

以下舉例了兩種焊接接頭對應的S-N曲線等級，見表3。

4 結 語

文章分析了車體典型的弧焊焊縫形式，并對應的給出了BS7608標準中焊縫的S-N曲線的接頭型式，對于接頭型式相同或受力方向相同的焊縫可參照然BS7608標準進行評估或局部優化結構，評估計算的數值可以基于BS7608中數值曲線進行判定，對于關鍵位置，則應該進行相應的疲勞試驗，使用試驗結果進行評估。

參考文獻：

[1] A. Hobbacher Chairman of IIW Joint Working Group XIII-XV，“Rec

ommendations For Fatigue Design Of Welded Joints And Componen

ts”[M]. IIW document IIW-1823-07 ex XIII-2151r4-07/XV-1254

r4-07， 2008.

[2] British Standard “Code of practice for Fatigue design and assessm

ent of steel structures”[S]. BS 7608 Incorporating Amendment No. 1，

1993.

[3] BS EN “15085-3-2007 Railway applications —Welding of railway

vehicles and components”[S]. Part 3-Design requirements，2007.