杜彥品，牛永剛，王瀟雨，辛志斌

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京 210031)

高速鐵路隧道襯砌質量檢測車(以下簡稱高鐵隧道檢測車)研制是原中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃新立項目(2017G003-H)。目前國內時速200 km及以上的高鐵隧道(包括在建隧道)約有4 237座，長度約為7 533 km，未來高速動車組的需求量仍舊很大，運營、在建和即將通車的高鐵隧道待檢需求迫切。為此，中國鐵道科學研究院集團有限公司聯(lián)合中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司(以下簡稱中車浦鎮(zhèn)公司)共同研制了高鐵隧道檢測車，該車采用地質雷達檢測技術對高鐵隧道進行檢測，中車浦鎮(zhèn)公司承擔高鐵隧道檢測車(檢測系統(tǒng)除外)的研制工作。

車體鋼結構是高鐵隧道檢測車研制的重點和難點，因為特殊的平面布置及防護罩的安裝和開閉需要，其承載方式不再是傳統(tǒng)的薄壁筒形整體承載結構，而是一端為薄壁筒形整體承載結構，另一端為底架承載結構，這種特殊的承載方式給車體鋼結構的設計增加了難度。

1 平面布置圖

高鐵隧道檢測車平面布置如圖1所示。車體一端為設備間區(qū)域，為敞開式結構，即車體僅有底架鋼結構，在側部和頂部設有2組防護罩，分別安裝在底架邊梁上平面的滑軌上，質量約為2.5 t。在設備間底架上安裝有約7 t的檢測系統(tǒng)設備，在相鄰的工作間底架上安裝有近1 t的工作臺及配電柜。在底架下部安裝了近2.5 t的柴油發(fā)電機組以及油箱、制動模塊、電池箱和集便器等設備。車體另一端車頂上設有空調機組，質量約為1.5 t。

1.空調機組；2.防護罩；3.電池箱；4.柴油發(fā)電機組；5.油箱；6.集便器；7.配電柜；8.工作臺；9.檢測系統(tǒng)設備。

2 主要技術參數(shù)

表1為高鐵隧道檢測車主要技術參數(shù)。

3 車體鋼結構

高鐵隧道檢測車車體鋼結構強度參照TB/T 1335—1996《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規(guī)范》[1]設計。車體鋼結構由底架鋼結構、側墻鋼結構、車頂鋼結構、外端墻鋼結構和隔墻鋼結構組成(圖2)。車體鋼結構1位端為整體承載式，2位端為底架承載式，中梁貫穿整個底架。從設備間到2位外端，車體為敞開式結構，即無側墻和車頂，便于檢測系統(tǒng)設備升降作業(yè)需要。在設備間側部和頂部設有剛性防護罩，形成封閉的空間，以保護檢測系統(tǒng)設備。為了提高防護罩的整體剛度和運行的平穩(wěn)性，將防護罩分為獨立的2組，2組防護罩間設有厚300 mm的拱形隔墻鋼結構，隔墻鋼結構下端落在底架鋼結構上并與之焊接。為了保證防護罩開啟的移動空間，設備間兩端車體采用變截面設計，即側墻和車頂?shù)臄嗝孀冃2]。

因該車體鋼結構特殊的承載方式，對工作間到設備間的車體鋼結構進行了全新設計。在各種載荷作用下，車體變截面區(qū)域是應力集中的主要部位。而敞開區(qū)域因沒有側墻和車頂對結構的支撐作用，在近7 t重的檢測系統(tǒng)設備作用下，底架會出現(xiàn)較大的向下垂向變形，故此區(qū)域為車體鋼結構設計的重點和難點。

1.底架鋼結構；2.側墻鋼結構；3.車頂鋼結構；4.工作間隔墻鋼結構；5.拱形隔墻鋼結構；6.2位端隔墻鋼結構；7.外端墻鋼結構。

3.1 底架鋼結構

在設備間區(qū)域，車體為敞開式結構，為了能夠承受較大的垂向載荷，需提高底架的強度和剛度，故底架采用有中梁結構。底架鋼結構由牽枕緩裝置、橫梁、縱梁、中梁、側梁、補強梁和鐵地板等組成(圖3)。中梁和側梁采用熱軋槽鋼，在中梁槽鋼的腹面應力較低的區(qū)域開有減重孔，以減輕車體的質量；采用高強度耐候鋼，以提高中梁的強度。橫梁和縱梁采用槽形折彎件。地板采用厚度較大的平地板，以提高其穩(wěn)定性。

1.牽枕緩裝置；2.縱梁；3.橫梁；4.中梁；5.側梁；6.補強梁；7.鐵地板。

設備間區(qū)域底架側梁上方焊有矩形補強梁，下方焊有槽形補強梁，以提高設備間底架的剛度。在枕梁后面靠近側梁處，設有槽形縱梁，下翼面與側梁下翼面平齊，并在其下平面焊有厚封板，將此處結構組焊成“日”字形結構，大大提高了側梁部位的強度和剛度，提高了底架的垂向抗彎能力。設備間地板上面設有安裝檢測設備平臺的安裝座，因垂向載荷較大，安裝座處地板下方設有槽形或矩形縱梁和橫梁加強。

3.2 側墻鋼結構

側墻鋼結構分為1位端側墻、工作間側墻和2位端側墻，由側門框、立柱、縱梁、上邊梁和墻板組成(圖4)。1位端側墻和工作間側墻連接處采用變截面設計，為防護罩開啟時提供移動的空間。變截面處設有大斷面槽形立柱，槽形立柱內有封板和筋板，將立柱局部封為“日”字形斷面，以增加立柱的強度和剛度。該處是側墻應力較大的區(qū)域，在側墻鋼結構下部和上邊梁部位均進行了補強。工作間側墻下端與底架側梁上面的補強梁焊接，兩端分別與“日”字形立柱和工作間隔墻角柱焊接，“日”字形立柱與底架補強梁端部焊接(圖5)。2位端側墻落在底架側梁上面的補強梁上，在2位外端墻處也采用變截面設計，即側墻和車頂外輪廓小于外端墻的外輪廓，側墻兩端分別與2位端隔墻角柱和外端墻端角柱焊接。

1.1位端側墻；2.工作間側墻；3.2位端側墻。

3.3 車頂鋼結構

車頂鋼結構分為1位端車頂、工作間車頂、2位端車頂和小端頂(圖6)。1位端車頂由平頂、圓頂組成，側頂板設有雨檐。工作間車頂高度低于1位端圓頂，二者間通過小端頂連接，此處是車頂應力集中較大的區(qū)域，故在1位端圓頂和小端頂間設有魚腹狀的縱梁，以提高變截面處的強度；工作間車頂另一端與工作間隔墻彎梁連接。2位端車頂?shù)陀?位外端墻，兩端分別與2位端隔墻和2位外端墻焊接。工作間車頂和2位端車頂側頂無雨檐，與側墻通過上邊梁連接，增加了美觀效果。

圖5 工作間側墻鋼結構

1.1位端車頂；2.小端頂；3.工作間車頂；4.2位端車頂。

3.4 外端墻鋼結構

車體兩端設有外端墻鋼結構(圖7)。1位外端墻鋼結構由梁柱、墻板和風擋框組成，風擋框設有與橡膠風擋的安裝接口。2位外端墻鋼結構由帽形梁柱、矩形端角柱和角形大彎梁組成，大彎梁內側的弧形封板上端與角形彎梁的翼面焊接，下端與端頂立柱和端角柱焊接。2位端側墻與端角柱對接焊，2位端車頂頂在封板上并與之焊接。

圖7 外端墻鋼結構

3.5 隔墻鋼結構

隔墻鋼結構分為工作間隔墻鋼結構(圖8)、拱形隔墻鋼結構(圖9)和2位端隔墻鋼結構(圖10)3種。

工作間隔墻鋼結構上安裝表面成像裝置，背后由較厚的槽形梁形成“日”或“目”字骨架，墻板上開洞，安裝座直接焊在槽形梁上。隔墻鋼結構兩側的角柱為矩形斷面，彎梁為槽形斷面，凸出工作間側墻和車頂外表面20 mm，便于防護罩關閉時壓緊密封膠條，起到良好的密封作用。

拱形隔墻鋼結構斷面輪廓與車體斷面一致，可提高防護罩關閉后的美觀效果。為了提高拱形隔墻鋼結構的剛度和穩(wěn)定性，隔墻厚度設為300 mm，每側寬度為350 mm，設有2層骨架，角柱為C形斷面，下端落在底架補強梁上平面并與之焊接。

2位端隔墻鋼結構為單層骨架加蒙皮的結構，每側寬度為350 mm，兩側的角柱為矩形斷面，彎梁為槽形斷面，凸出2位端側墻和車頂外表面20 mm，便于防護罩關閉時壓緊密封膠條，起到良好的密封作用。角柱下端落在底架補強梁上平面并與之焊接。

圖8 工作間隔墻鋼結構

圖9 拱形隔墻鋼結構

圖10 2位端隔墻鋼結構

4 車體靜強度仿真計算及試驗

4.1 車體靜強度計算

參照TB/T 1335—1996標準，對車體鋼結構靜強度進行仿真計算。計算時共考核了8種工況[3](表2)。

表2 車體靜強度計算工況

計算結果表明：(1)在各種工況作用下，車體變形符合TB/T 1335—1996標準要求，車體鋼結構沒有發(fā)生永久變形；(2)通過對8種工況進行計算分析，得出各工況下的車體最大應力及部位(表3)。從表3中可以看出，各部位及各材料的最大計算應力均小于材料的許用應力，車體靜強度滿足設計要求。

表3 各部位的最大應力 MPa

4.2 車體靜強度試驗

為驗證車體的強度是否滿足設計要求，按照TB/T 1806—2006《鐵道客車車體靜強度試驗方法》標準[4]，對組成后的車體鋼結構進行了靜強度試驗，分別進行了垂向載荷試驗、縱向力試驗、扭轉試驗、頂車試驗[5]。試驗結果表明，車體鋼結構強度滿足TB/T 1335—1996的設計要求，試驗結果與計算結果基本一致。

5 結束語

通過對高鐵隧道檢測車車體靜強度進行仿真計算和結構優(yōu)化，車體鋼結構靜強度滿足設計要求，并順利通過了車體靜強度試驗。該車已完成交付并正式投入使用，效果良好。