鐵路客車和動車組車體強度標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展演變

閻 鋒，任玉鑫，龔曉波，高 超，康興東

(中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031)

鐵路客車和動車組車體強度標(biāo)準(zhǔn)是鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分。車體強度標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容涵蓋靜強度、疲勞強度、剛度、沖擊強度和耐撞性，而要求的剛度又可用在規(guī)定載荷下的允許變形量或最小自振頻率的方式規(guī)定。到目前為止，歷年來制修訂的鐵路客車和動車組車體強度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有：TB 1335—1978《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》、TB 1806—1986《客車車體靜強度試驗方法》、TB/T 2369—1993《鐵道車輛沖擊試驗方法與技術(shù)條件》、TB/T 1335—1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》、TB/T 1806—2006《鐵道客車車體靜強度試驗方法》、TB/T 2369—2010《鐵道車輛沖擊試驗方法》、TB/T 3502—2018《鐵道客車及動車組模態(tài)試驗方法及評定》、TB/T 3550.1—2019《機車車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范 車體 第1部分：客車車體》、科教裝[2001]21號文發(fā)布的《200 km/h及以上速度級鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定暫行規(guī)定》(以下簡稱《暫規(guī)》)、TB/T 3451—2016《動車組車體結(jié)構(gòu)強度設(shè)計及試驗》、TB/T 3500—2018《動車組車體耐撞性要求及驗證規(guī)范》和TB/T 3501—2018《機車車輛碰撞試驗測試方法》。這些標(biāo)準(zhǔn)的制修訂，規(guī)范了鐵路客車和動車組車體的強度設(shè)計及試驗，對于鐵路客車和動車組的設(shè)計和制造具有積極的指導(dǎo)意義。

本文旨在通過分析標(biāo)準(zhǔn)制修訂的背景、各標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)系和標(biāo)準(zhǔn)的完善過程，梳理出鐵路客車和動車組車體強度標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展演變，以期為標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和今后標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提供一些借鑒。

1 標(biāo)準(zhǔn)的制修訂與分析

1.1 TB 1335—1978《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》

中華人民共和國成立以來，我國鐵路車輛設(shè)計基本上借用前蘇聯(lián)《鐵路員工技術(shù)手冊》第6卷第8分冊和前蘇聯(lián)1953年版《交通部軌距1 520 mm鐵路新造和改造(非自動)車輛計算和設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。20世紀(jì)70年代，原鐵道部在前期實踐的基礎(chǔ)上又做了大量的統(tǒng)計和分析研究工作，總結(jié)了我國客貨車多年的設(shè)計、制造、運用及修理實踐經(jīng)驗，制訂了我國第一部鐵道車輛強度設(shè)計規(guī)范——TB 1335—1978《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》。

TB 1335—1978適用于鑒定標(biāo)準(zhǔn)軌距上運用的、新設(shè)計的一般用途非自動客貨車輛及其主要零部件的結(jié)構(gòu)強度。其中，與客車車體強度相關(guān)的主要內(nèi)容見表1。

在當(dāng)時的歷史背景下，制訂TB 1335—1978是一項十分艱巨的任務(wù)，從1972年立項到1978年發(fā)布實施，歷時近7年。TB 1335—1978實施后，鐵路客車車體的強度設(shè)計及試驗就有了統(tǒng)一的規(guī)范，一段時間內(nèi)對鐵路客車車體的設(shè)計起到了很好的指導(dǎo)作用。但隨著時間的發(fā)展，TB 1335—1978在實施過程中反映出一些不足之處[1]，以現(xiàn)在的視角看，其存在的問題主要有：

(1) 未考慮疲勞強度。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)中垂向彎曲剛度是在大量統(tǒng)計既有車種車型車體結(jié)構(gòu)垂向彎曲剛度的基礎(chǔ)上確定的。雖然垂向彎曲剛度與車體的自振頻率相關(guān)，但不是唯一確定因素。整備狀態(tài)下車體的自振頻率還與內(nèi)裝、設(shè)備等的質(zhì)量相關(guān)。推薦的垂向彎曲剛度可能對類似車種車型具有指導(dǎo)作用，但也未必一定合理。盡管標(biāo)準(zhǔn)為推薦值，但還是具有較強的約束力。

表1 TB 1335—1978有關(guān)客車車體強度的主要內(nèi)容

(3) 修理時加于車輛上的載荷中規(guī)定應(yīng)考慮頂起重載車體，這一點對客車不適用，客車僅需考慮頂起空車。

(4) 以標(biāo)準(zhǔn)正文的形式規(guī)定梁柱斷面模數(shù)和承載金屬包板的厚度，具有很強的約束力。而這些參數(shù)來源于當(dāng)時既有車種車型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其適用性非常有限。隨著設(shè)計理念和車體結(jié)構(gòu)形式的變化，這些規(guī)定嚴(yán)重制約了客車車體的發(fā)展。

(5) 設(shè)備及其緊固件的固結(jié)強度僅考慮了縱向加速度3g，未考慮垂向加速度和橫向加速度。另外，評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是材料的屈服極限，而不是強度極限。

(6) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于主要承受彎曲的車輛桿件，允許按“極限荷重法”提高材料的許用應(yīng)力。對于簡單的受彎曲桿件，該方法容易實現(xiàn)，而當(dāng)應(yīng)用于復(fù)雜的車體結(jié)構(gòu)時，其可操作性并不強。實際操作中，也未曾使用過該方法來提高材料的許用應(yīng)力。此外，國外客車車體強度標(biāo)準(zhǔn)中也未有此規(guī)定。

1.2 TB 1806—1986《客車車體靜強度試驗方法》

TB 1806—1986是TB 1335—1978的配套標(biāo)準(zhǔn)，旨在細化和規(guī)范客車車體靜強度試驗。該標(biāo)準(zhǔn)適用于準(zhǔn)軌鐵路一般用途客車車體強度和剛度的鑒定性試驗。特種用途客車除特殊要求外，也應(yīng)按該標(biāo)準(zhǔn)進行鑒定性試驗。試驗載荷、鑒定標(biāo)準(zhǔn)(包括基本作用載荷、許用應(yīng)力、剛度評定標(biāo)準(zhǔn)等)需符合TB 1335—1978的規(guī)定及設(shè)計任務(wù)書或建議書的要求。

該標(biāo)準(zhǔn)詳細規(guī)定了試驗場地、被試車輛、試驗內(nèi)容(垂直載荷試驗、縱向力試驗、扭轉(zhuǎn)試驗和頂車試驗)、測點布置與編號、試驗設(shè)備和儀表、應(yīng)變片粘貼、試驗、試驗數(shù)據(jù)的整理與換算、試驗資料與試驗報告，并以參考件的形式給出了附錄A——零部件代號和附錄B——基本作用載荷下應(yīng)力及合成應(yīng)力表格式。

該標(biāo)準(zhǔn)對頂車試驗進行了細化，規(guī)定頂車試驗一般在相當(dāng)于車輛的空車狀態(tài)條件下進行，糾正了TB 1335—1978的錯誤。但頂車載荷下應(yīng)變換算公式有誤，未考慮支撐點位置變化產(chǎn)生的應(yīng)變。

該標(biāo)準(zhǔn)附錄B中的“注”規(guī)定，應(yīng)變花測點，當(dāng)合成主應(yīng)力正負符號相反時，需按公式σe=σ1-σ3求出，表明采用的是第三強度理論，而TB 1335—1978中對此卻無明確規(guī)定。第三強度理論雖然概念直觀，計算簡潔，但計算結(jié)果偏于保守。

1.3 TB/T 2369—1993《鐵道車輛沖擊試驗方法與技術(shù)條件》

同樣，TB/T 2369—1993也是TB 1335—1978的配套標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)詳細規(guī)定了鐵道車輛沖擊試驗的方法、基本要求、試驗程序、數(shù)據(jù)處理和評價方法，適用于準(zhǔn)軌鐵路新設(shè)計一般用途的客貨車輛。專用的客貨車輛除特殊要求在設(shè)計任務(wù)書或建議書中加以載明外應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)要求。

TB 1335—1978僅規(guī)定了貨車沖擊試驗，未考慮客車，規(guī)定沖擊車沖擊速度從3 km/h開始，每次遞增約1 km/h，直到車鉤力不小于200 t。將車鉤力為200 t時的沖擊試驗應(yīng)力與垂直靜載重下的應(yīng)力合成，其值不大于材料第二工況許用應(yīng)力。而TB/T 2369—1993則考慮了客貨車輛，對于客車，規(guī)定正式試驗沖擊速度從3 km/h開始，逐級升高，每級升高1 km/h，沖擊次數(shù)不少于3次，當(dāng)車鉤力接近或稍超過1.2 MN或沖擊速度達到7 km/h即可停止沖擊，以先達到者為準(zhǔn)。先將最后一速度級的車體各主要部件的動應(yīng)力按該級車鉤力與動應(yīng)力的比例關(guān)系換算為車鉤力等于1.2 MN時相應(yīng)的動應(yīng)力值，然后與垂直靜載重下產(chǎn)生的靜應(yīng)力相加得合成應(yīng)力，合成應(yīng)力值應(yīng)小于TB 1335—1978規(guī)定的材料第一工況許用應(yīng)力。

從以上規(guī)定可以看出，僅從試驗方法來講，應(yīng)該說TB/T 2369—1993更合理，規(guī)定了車鉤力和沖擊速度控制值，以先達到者為準(zhǔn)。但是，沖擊試驗考慮的是極限工況，不應(yīng)該以車鉤力1.2 MN為沖擊試驗停止的控制指標(biāo)，也不應(yīng)該以材料第一工況許用應(yīng)力作為評價指標(biāo)。

1.4 TB/T 1335—1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》

TB/T 1335—1996是為取代TB 1335—1978而制訂。在制修訂過程中，有相當(dāng)一部分內(nèi)容參考了UIC 566：1990《客車車體及其零部件的載荷》，主要包括車體自振頻率要求、車體固結(jié)設(shè)備的強度要求、沖擊試驗和振動試驗。

該標(biāo)準(zhǔn)適用于鑒定標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路上運用的新設(shè)計一般用途非動力車輛及其主要零部件的結(jié)構(gòu)強度。其中，客車構(gòu)造速度不大于200 km/h；貨車構(gòu)造速度不大于120 km/h，列車牽引總重不大于6 000 t，運煤專線10 000 t及其以上，軸重不大于25 t。

TB/T 1335—1996客車車體部分與TB 1335—1978相比，主要變化如下：

(1) 增加了車體自振頻率要求。規(guī)定車輛設(shè)計應(yīng)保證車輛運用時，在各種載荷條件下，車體的自振頻率不同于轉(zhuǎn)向架蛇行、點頭等振動頻率，從而在整個運用速度范圍內(nèi)避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

(2) 評價指標(biāo)中增加了疲勞強度，疲勞強度計算建議作為輔助計算。車輛主要零部件疲勞強度評估見附錄D(提示的附錄)。

(3) 增加了計算復(fù)雜應(yīng)力構(gòu)件時需按第四強度理論計算當(dāng)量應(yīng)力的規(guī)定。

(4) 動荷系數(shù)計算公式中彈簧靜撓度單位改為mm，公式與TB 1335—1978不同，但兩者的實質(zhì)是一樣的。

(5) 由于車輛運行速度提高，離心力改為按垂向靜載荷的10%取值(TB 1335—1978為7.5%)。側(cè)向力影響系數(shù)由10%增加到12.5%，并規(guī)定枕梁側(cè)向力影響系數(shù)也按12.5%取值。

(6) 修改了車體固結(jié)設(shè)備的強度要求。規(guī)定客車車體內(nèi)外設(shè)備及其緊固零件應(yīng)按下列加速度的慣性力進行強度核算：縱向3g、橫向1g、垂向cg。產(chǎn)生的3個方向的合成應(yīng)力不得大于材料的屈服極限。

(7) 梁柱的斷面模數(shù)、承載金屬包板的厚度等要求移至附錄B(提示的附錄)，以降低其約束力。

(8) 降低了以側(cè)梁撓度計算的垂向相當(dāng)彎曲剛度值，推薦值降為1.8×109N·m2。

(9) 車輛沖擊試驗考慮了客車。雖然規(guī)定沖擊試驗適用于一般用途的貨車車輛。對于客車，按設(shè)計任務(wù)書的規(guī)定進行。但接下來的內(nèi)容包含客車，規(guī)定沖擊車沖擊速度從3 km/h開始，每次遞增1～2 km/h，直到車鉤沖擊力達到1 180 kN或沖擊速度達到8 km/h為止，以先達到者為準(zhǔn)。先達到規(guī)定速度值時，按相應(yīng)速度下的車鉤力評價車輛的沖擊速度。將沖擊試驗應(yīng)力與垂向靜載荷下的應(yīng)力合成，其值應(yīng)不大于材料的第二工況許用應(yīng)力。

(10) 增加了振動試驗。建議對全部設(shè)備安裝后的車輛或車體進行振動試驗。試驗采用模態(tài)分析或頻譜分析的方法對車輛或車體作動態(tài)辨識，測定車輛及其重要零部件的自振頻率，辨識在5～40 Hz頻率范圍內(nèi)進行。車體自振頻率應(yīng)不同于轉(zhuǎn)向架所傳遞給車體的頻率。

(11) 增加了測試應(yīng)力允許考慮5%的誤差，但不得與“極限荷重法”合并提高許用應(yīng)力值的規(guī)定。

(12) 以提示的附錄形式給出了附錄A——車輛幾何曲線通過的校核方法、附錄B——車輛結(jié)構(gòu)的強度要求、附錄C——車輛強度有限元分析方法、附錄D——車輛主要零部件疲勞強度評估方法、附錄E——車輛沖擊模擬計算、附錄F——參考資料。

TB/T 1335—1996在TB 1335—1978的基礎(chǔ)上進行了大量修訂與完善，增加了很多有意義的內(nèi)容，是一部系統(tǒng)、全面的鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范。但隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，TB/T 1335—1996在實施過程中也暴露出一些問題，主要體現(xiàn)在：

(1) 雖然規(guī)定了要評價疲勞強度，但無疲勞載荷數(shù)據(jù)。

(2) 定性規(guī)定了車體自振頻率要求，但無定量評價標(biāo)準(zhǔn)，可操作性不強。另外，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了車體垂向彎曲剛度推薦值，兩者可能會出現(xiàn)沖突。

(3) 修理時加于車輛上的載荷中仍規(guī)定應(yīng)考慮頂起重載車體，未對TB 1335—1978的錯誤進行修訂。

(4) 雖然將有關(guān)梁柱斷面模數(shù)和承載金屬包板厚度的規(guī)定移到了附錄B，降低了該要求的約束力，但提示的附錄仍具有一定的約束力。

(5) 車體固結(jié)設(shè)備的強度要求將3個方向的應(yīng)力合成，3個方向不可能同時出現(xiàn)最大值，偏于保守。

(6) 標(biāo)準(zhǔn)6.3.3規(guī)定枕梁要考慮側(cè)向力影響因素，但8.2.3.1中的公式未予以考慮。

(7) 沖擊試驗規(guī)定客車沖擊停止條件為車鉤沖擊力達到1 180 kN或沖擊速度達到8 km/h為止，以先達到者為準(zhǔn)，而評定標(biāo)準(zhǔn)則為材料的第二工況許用應(yīng)力。車鉤沖擊力1 180 kN對應(yīng)的是客車的第一工況壓縮力，作為停止條件不合適。

(8) 測試應(yīng)力允許考慮5%的誤差，但不得與“極限荷重法”合并提高許用應(yīng)力值。該規(guī)定從字面上理解是可以利用5%的誤差來提高許用應(yīng)力，但誤差存在正負的問題，如果測試應(yīng)力含-5%的誤差，許用應(yīng)力就應(yīng)該下降。所以，如果覺得許用應(yīng)力小，倒不如直接增加許用應(yīng)力。另外，這條規(guī)定在實踐中也沒人敢用。

(9) 利用“極限荷重法”提高材料許用應(yīng)力的問題仍然存在。

(10) 附錄A～附錄F雖然在一段時間內(nèi)對客車車體設(shè)計具有指導(dǎo)作用，但這些內(nèi)容不宜出現(xiàn)在該標(biāo)準(zhǔn)中。

1.5 TB/T 1806—2006《鐵道客車車體靜強度試驗方法》

隨著TB/T 1335—1996的發(fā)布實施，有必要對TB 1806—1986進行修訂。修訂后的TB/T 1806—2006的試驗載荷、評定標(biāo)準(zhǔn)、試驗數(shù)據(jù)整理與換算方法基本與TB/T 1335—1996保持一致。

TB/T 1806—2006適用于標(biāo)準(zhǔn)軌距新造常速客車，即構(gòu)造速度不大于200 km/h的客車。TB/T 1806—2006與TB 1806—1986相比，主要變化如下：

(1) 扭轉(zhuǎn)試驗由操作對角線兩支承點改為操作一支承點，兩者原理一樣，后者更易于操作。

(2) 頂車試驗由空車狀態(tài)條件下進行改為整備狀態(tài)條件下進行，且試驗工況由兩點支承改為三點支承，操作方式由兩支承點下降或上升改為一支承點下降。

(3) 刪除了扭轉(zhuǎn)試驗可在頂車試驗工況中進行的規(guī)定，因為頂車位有可能不在枕梁端部。

(4) 刪除了應(yīng)力測點和撓度測點的編號方法、三向應(yīng)變片主方向轉(zhuǎn)換方法、撓度計算方法、零部件代號的規(guī)定。

(5) 該標(biāo)準(zhǔn)明確提出按材料力學(xué)第四強度理論進行評定，不再按第三強度理論評定，因為第四強度理論更符合實際。

(6) 增加了事故載荷試驗。雖然TB/T 1335—1996對事故載荷并沒有做規(guī)定，但由于客車進出口的需要，按用戶要求參照國外標(biāo)準(zhǔn)需進行事故載荷試驗。因此，標(biāo)準(zhǔn)補充制訂了事故載荷試驗及評定方法。

(7) 增加了模態(tài)試驗。受當(dāng)時設(shè)備能力的限制，標(biāo)準(zhǔn)建議按錘擊法對車體結(jié)構(gòu)進行模態(tài)試驗，對試驗儀表設(shè)備的功能、測點布置位置、試驗和試驗結(jié)果整理方法提出了建議。對于車體一階垂向彎曲固有振動頻率，從國外情況看，車體整備狀態(tài)下一般要求不低于10 Hz，至少不低于8 Hz。根據(jù)當(dāng)時一般客車整備狀態(tài)下的車體質(zhì)量與車體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)系，理論計算出車體結(jié)構(gòu)頻率大于13 Hz時整備狀態(tài)下車體頻率不會低于8 Hz。因此推薦車體結(jié)構(gòu)一階垂向彎曲固有振動頻率不宜低于13 Hz。

(8) 規(guī)定事故載荷試驗和模態(tài)試驗用戶無要求時可不進行。

(9) 增加了強度、剛度的評定，便于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。

(10) 側(cè)向力影響系數(shù)由0.1改為0.125，并在應(yīng)力合成中規(guī)定枕梁應(yīng)考慮側(cè)向力影響系數(shù)。

TB/T 1806—2006發(fā)布實施后，在實踐中并未發(fā)現(xiàn)任何不適。只是車體結(jié)構(gòu)一階垂向彎曲固有振動頻率不宜低于13 Hz這一評定標(biāo)準(zhǔn)是否偏低還有待進一步商定。

1.6 TB/T 2369—2010《鐵道車輛沖擊試驗方法》

TB/T 2369—2010是TB/T 2369—1993的修訂版，作為TB/T 1335—1996的配套標(biāo)準(zhǔn)，并沒有采用TB/T 1335—1996的試驗方法和結(jié)果評定。

TB/T 2369—2010與TB/T 2369—1993相比，除了貨車方面增加了軸重23 t和25 t貨車及專用貨車車鉤力取值外，客車部分的主要變化如下：

(1) 由于機車推送方式很難控制沖擊速度，尤其是低速時，因此，沖擊車獲得速度的方式中刪除了機車推送方式，只保留斜坡溜放方式。

(2) 增加了應(yīng)力測點部位的提示。

(3) 增加了無中梁車體加速度傳感器的安裝位置。

TB/T 2369—2010與TB/T 1335—1996相比，主要差異如下：

(1) 沖擊試驗停止控制速度TB/T 2369—2010為7 km/h，TB/T 1335—1996為8 km/h。

(2) TB/T 1335—1996沖擊試驗應(yīng)力取先達到者的實測應(yīng)力，TB/T 2369—2010則是先將最后達到的車鉤力或沖擊速度級3次測試項數(shù)據(jù)平均，再將車體各主要部件的動應(yīng)力按該級車鉤力與動應(yīng)力的比例關(guān)系換算為車鉤力1.18 MN時相應(yīng)的動應(yīng)力值。

(3) TB/T 1335—1996強度評定標(biāo)準(zhǔn)為材料的第二工況許用應(yīng)力，TB/T 2369—2010則為材料的第一工況許用應(yīng)力。

TB/T 2369—2010的應(yīng)力換算和強度評定標(biāo)準(zhǔn)欠妥，總體上TB/T 1335—1996要合理一些。TB/T 2369—2010的試驗方法和結(jié)果評定與TB/T 1335—1996不一致，存在一些不合理的地方，實際試驗時很少被采用。貨車一直按TB/T 1335—1996進行沖擊試驗?？蛙嚩嗄陙硪恢蔽催M行沖擊試驗，只是最近幾年因客車型號許可需要， GB/T 12818—2004《鐵道客車組裝后的檢查與試驗規(guī)則》規(guī)定客車沖擊試驗應(yīng)符合TB/T 2369—2010的規(guī)定，才采用該標(biāo)準(zhǔn)進行沖擊試驗。

1.7 TB/T 3502—2018《鐵道客車及動車組模態(tài)試驗方法及評定》

客車車體自振頻率與旅客乘坐舒適度密切相關(guān)。雖然《暫規(guī)》、TB/T 1335—1996、TB/T 3115—2005《機車車輛動力學(xué)性能臺架試驗方法》、TB/T 1806—2006等標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定了車體自振頻率測試方法及評定標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)要么規(guī)定得太簡單，要么規(guī)定得不夠全面。TB/T 3502—2018是在上述標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，參照了大量國內(nèi)外參考資料，并結(jié)合我國鐵道客車及動車組的實際運用情況制訂的。

TB/T 3502—2018適用于鐵道客車及動車組整備車輛和車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)試驗，適用于標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵道客車及動車組整備車輛模態(tài)試驗結(jié)果的評定。該標(biāo)準(zhǔn)詳細規(guī)定了鐵道客車及動車組整備車輛和車體結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗的主要內(nèi)容、邊界條件、試驗系統(tǒng)、測點布置、激勵、模態(tài)參數(shù)識別方法、試驗結(jié)果驗證及評定。

該標(biāo)準(zhǔn)參照《暫規(guī)》、TB/T 3115—2005和TJ/CL 293—2014《動車組車體暫行技術(shù)條件》，規(guī)定整備車輛應(yīng)滿足以下兩項要求之一：

(1) 整備車輛的車體一階彎曲模態(tài)頻率不應(yīng)低于10.0 Hz；

(2) 整備車輛的車體一階彎曲模態(tài)頻率與轉(zhuǎn)向架的點頭、浮沉頻率的比值不應(yīng)小于1.4。

總體來說，TB/T 3502—2018是一個較為系統(tǒng)、全面的模態(tài)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，在今后的實踐過程中，還需要進一步對試驗結(jié)果的評定標(biāo)準(zhǔn)進行深入研究，尤其是10.0 Hz這一指標(biāo)。

1.8 TB/T 3550.1—2019《機車車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范 車體 第1部分：客車車體》

隨著高速鐵路、重載鐵路技術(shù)的發(fā)展，TB/T 1335—1996標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了很多不適用的地方，該標(biāo)準(zhǔn)涉及面廣，修訂存在困難，直到2014年才立項(項目編號14T028)修訂TB/T 1335—1996。2016年5月30日召開的標(biāo)準(zhǔn)起草工作會上通過討論，考慮到該標(biāo)準(zhǔn)與目前現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和計劃存在交叉，達成了建立機車車輛強度標(biāo)準(zhǔn)體系的設(shè)想，建議新修訂的《機車車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》分為7個部分，分別為總則、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、貨車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)部件、機車車體、動車組車體、客車車體和貨車車體，并決定14T028項目僅負責(zé)完成第1部分：總則和第2部分：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，其余部分另行立項。

2017年，作為《機車車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》的第6部分：客車車體獲準(zhǔn)立項(項目編號17T013)。該標(biāo)準(zhǔn)是對TB/T 1806—2006以及TB/T 1335—1996中適用客車車體內(nèi)容和TB/T 2369—2010中適用客車內(nèi)容的整合修訂，系統(tǒng)解決了上述標(biāo)準(zhǔn)存在的主要問題。由于后來國家鐵路局標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃發(fā)生變化，標(biāo)準(zhǔn)名稱改為TB/T 3550.1—2019《機車車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范 車體 第1部分：客車車體》。

TB/T 3550.1—2019規(guī)定了客車車體的術(shù)語和定義、符號，強度設(shè)計基本原則，設(shè)計載荷工況，試驗及評定標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)適用于最高運行速度小于或等于200 km/h新造標(biāo)準(zhǔn)軌距客車，其他客車可參照執(zhí)行。

TB/T 3550.1—2019代替TB/T 1806—2006及TB/T 1335—1996中客車車體部分和TB/T 2369—2010中客車部分。

與TB/T 1806—2006、TB/T 1335—1996和TB/T 2369—2010相比，TB/T 3550.1—2019主要技術(shù)變化為：

(1) 刪除了TB/T 1806—2006的事故載荷試驗。TB/T 1335—1996中未規(guī)定事故載荷試驗，TB/T 1806—2006規(guī)定事故載荷試驗用戶無要求可不進行，不屬于強制要求。由于我國客車采購技術(shù)條件直接采用TB/T 1335—1996，因此客車車體強度設(shè)計一直按TB/T 1335—1996進行，未考慮事故載荷工況。考慮到客車車體的應(yīng)用實際以及標(biāo)準(zhǔn)的繼承性和經(jīng)濟性，TB/T 3550.1—2019刪除了事故載荷試驗。

(2) 修改了TB/T 1335—1996車體設(shè)備連接裝置靜載荷工況，刪除了3個方向應(yīng)力合成的規(guī)定。

(3) 增加了車體疲勞載荷工況和車體設(shè)備連接裝置疲勞載荷工況，增加了疲勞強度評定標(biāo)準(zhǔn)。

(4) 增加了線路動強度試驗。

(5) 修改了振動模態(tài)試驗方法。TB/T 1335—1996沒有規(guī)定具體的模態(tài)試驗方法。TB/T 1806—2006雖然規(guī)定了車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)試驗方法，但較為簡單，并且只規(guī)定了力錘激勵一種激勵方式。TB/T 3550.1—2019直接引用TB/T 3502—2018，規(guī)定振動模態(tài)試驗按TB/T 3502—2018的規(guī)定進行。

(6) 刪除了垂向彎曲剛度評定標(biāo)準(zhǔn)。TB/T 1335—1996對車體自振頻率和車體結(jié)構(gòu)的垂向彎曲剛度均進行了規(guī)定，車體結(jié)構(gòu)的垂向彎曲剛度是以推薦值的形式給出的。但運用中時常會出現(xiàn)車體結(jié)構(gòu)的垂向彎曲剛度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而車體自振頻率卻不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。由于車體自振頻率才是最關(guān)鍵的指標(biāo)，車體結(jié)構(gòu)的垂向彎曲剛度只是作為參考，因此，TB/T 3550.1—2019規(guī)定了垂向彎曲剛度的計算方法，刪除了評價指標(biāo)，垂向彎曲剛度可用于類似結(jié)構(gòu)車體相互間的比較。

(7) 增加了整備狀態(tài)下車體的一階垂向彎曲自振頻率評定標(biāo)準(zhǔn)。車體結(jié)構(gòu)只是車體的一個過程產(chǎn)品，真正關(guān)鍵的是整備狀態(tài)下車體的一階垂向彎曲自振頻率。因此，TB/T 3550.1—2019規(guī)定車體結(jié)構(gòu)的剛度應(yīng)確保整備狀態(tài)下車體的一階垂向彎曲自振頻率與轉(zhuǎn)向架的點頭和浮沉自振頻率的比值大于1.4或車體的一階垂向彎曲自振頻率不低于10 Hz。

(8) 刪除了車輛沖擊試驗。我國客車緩沖器具有良好的緩沖性能，按TB/T 2369—2010進行沖擊試驗，目前所完成的25G、25T型客車和時速160 km動力集中電動車組控制車及普通座車沖擊試驗，沖擊應(yīng)力與垂向靜載荷下靜應(yīng)力合成后，均小于材料的第一工況許用應(yīng)力。實際上，沖擊試驗考核的是極限工況，其應(yīng)力應(yīng)采用材料屈服極限進行評定。因此，我國客車的沖擊強度具有很大的安全余量，沒有必要進行沖擊試驗，故本標(biāo)準(zhǔn)刪除了車輛沖擊試驗。

(9) 刪除了TB/T 1335—1996中有關(guān)梁柱斷面模數(shù)和承載金屬包板厚度的規(guī)定。

(10) 刪除了TB/T 1335—1996中測試應(yīng)力允許考慮5%的誤差，但不得與“極限荷重法”合并提高許用應(yīng)力值的規(guī)定。

(11) 刪除了TB/T 1335—1996中利用“極限荷重法”提高許用應(yīng)力的規(guī)定。

(12) 刪除了TB/T 1335—1996的附錄。

(13) 修改了車體垂向相當(dāng)彎曲剛度計算公式，考慮了兩端底架懸臂部分長度不相等的情況。

1.9 科教裝[2001]21號文發(fā)布的《200 km/h及以上速度級鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定暫行規(guī)定》

1995年，鐵道科學(xué)研究院機車車輛研究所(以下簡稱鐵科院機輛所)主持編寫了《高速試驗列車動力車強度及動力學(xué)規(guī)范》(95J01-L)和《高速試驗列車客車強度及動力學(xué)規(guī)范》(95J01-M)，分別適用于鑒定我國研制的最高時速300 km高速試驗列車動力車和客車的強度及動力學(xué)性能。其中，車體強度部分主要以UIC 566：1990為基礎(chǔ)，融合了TB/T 1335—1996的部分內(nèi)容。

隨著我國旅客列車速度不斷提高，200 km/h及以上速度級的旅客列車逐步發(fā)展起來。為規(guī)范200 km/h及以上速度級鐵道車輛的設(shè)計、試制和試驗，鐵道部委托鐵科院機輛所編寫了《暫規(guī)》?！稌阂?guī)》主要以95J01-L和95J01-M為基礎(chǔ)，對其進行了補充完善。也就是說，《暫規(guī)》也是主要參照UIC 566：1990編寫的。此外，《暫規(guī)》中三點支承試驗和動力分散式動車組車鉤區(qū)域縱向壓縮載荷取值還參考了JIS E 7105：1989《鐵道車輛車體結(jié)構(gòu)強度試驗方法》。

由于對UIC 566：1990的理解有偏差，出現(xiàn)了缺少400 kN端墻區(qū)域壓縮載荷的情況。《暫規(guī)》車體強度部分還融合了TB/T 1335—1996的部分內(nèi)容，規(guī)范編制過程中在如何協(xié)調(diào)UIC 566：1990與TB/T 1335—1996方面也存在偏差，出現(xiàn)了車輛基本作用載荷與車體基本載荷不相關(guān)、靜強度評定標(biāo)準(zhǔn)不合理等問題。

《暫規(guī)》雖然在國內(nèi)動車組研制和動車組技術(shù)引進過程中發(fā)揮了一定作用，但由于標(biāo)準(zhǔn)的不完善，無法支撐起規(guī)范我國高速列車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的作用。

1.10 TB/T 3451—2016《動車組車體結(jié)構(gòu)強度設(shè)計及試驗》

自技術(shù)引進以來，我國客運專線動車組車體結(jié)構(gòu)強度設(shè)計一直采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12663：2000《鐵路應(yīng)用-軌道車輛車體結(jié)構(gòu)要求》和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS E 7105：1989。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12663：2000的應(yīng)用范圍較廣，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，而JIS E 7105：1989主要限于日本國內(nèi)應(yīng)用。考慮到EN 12663：2000極有可能申請登記為國際標(biāo)準(zhǔn)，日本在編制JIS E 7106：2006《鐵道車輛 客車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計通則》時盡可能地采用了EN 12663：2000 中與客車相關(guān)的規(guī)定。2010年，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會最新發(fā)布了EN 12663-1：2010《鐵路應(yīng)用 軌道車輛車體結(jié)構(gòu)要求 第1部分：機車和客車》和EN 12663-2：2010《鐵路應(yīng)用 軌道車輛車體結(jié)構(gòu)要求 第2部分：貨車》，這2個標(biāo)準(zhǔn)一起替代EN 12663：2000。因此，TB/T 3451—2016盡量采用EN 12663-1：2010中關(guān)于P-Ⅱ車輛的相關(guān)規(guī)定，并考慮我國鐵道車輛行業(yè)的具體情況和慣例，對其中的一些項點進行了修改。TB/T 3451—2016主要內(nèi)容與EN 12663-1：2010中關(guān)于P-Ⅱ車輛的相關(guān)規(guī)定對比，主要變化如下：

(1) 增加了排障器連接裝置靜載荷工況；

(2) 氣密強度載荷按靜載荷考慮，并給出了具體要求；

(3) 增加了整備狀態(tài)下車體的一階垂向彎曲自振頻率要求；

(4) 刪除了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的要求；

(5) 增加了具體的試驗方法。

TB/T 3451—2016適用于最高運行速度為200～350 km/h動車組車體結(jié)構(gòu)，其他動車組可參照執(zhí)行。該標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)合理，前后呼應(yīng)，環(huán)環(huán)相扣，其主線為強度設(shè)計基本原則→設(shè)計載荷工況→評定標(biāo)準(zhǔn)→試驗。

需要說明的是，關(guān)于振動模態(tài)，EN 12663-1：2010中對整備狀態(tài)下車體的固有模態(tài)給出了原則性要求，但沒有具體規(guī)定。TB/T 3451—2016中參照《暫規(guī)》，增加了“車體結(jié)構(gòu)的剛度應(yīng)確保整備狀態(tài)下車體的一階垂向彎曲自振頻率與轉(zhuǎn)向架的點頭和浮沉自振頻率的比值大于1.4或車體的一階垂向彎曲自振頻率不低于10 Hz”的要求。由于標(biāo)準(zhǔn)制訂時還沒有專門的模態(tài)試驗標(biāo)準(zhǔn)，因此，TB/T 3451—2016參照TB/T 3115—2005，簡要規(guī)定了振動模態(tài)試驗方法。

1.11 TB/T 3500—2018《動車組車體耐撞性要求及驗證規(guī)范》

TB/T 3500—2018是在參照EN 15227：2008《鐵路應(yīng)用 軌道車輛車體耐撞性要求》的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)高速動車組實際運營情況編制的。耐撞性是車體以可控制的方式吸收沖擊能量，減輕撞擊后果和降低乘員受傷風(fēng)險的能力，是車輛被動安全的重要指標(biāo)。

TB/T 3500—2018規(guī)定了范圍、術(shù)語和定義、碰撞場景、被動安全要求和耐撞性驗證，適用于200 km/h及以上新型動車組。

TB/T 3500—2018與EN 15227：2008的主要不同體現(xiàn)在對碰撞場景的規(guī)定上，盡管表面上兩者差異不大，但內(nèi)涵實則大不相同。對TB/T 3500—2018規(guī)定的碰撞場景說明如下：

(1) 場景2(EN 15227：2008無此場景)主要是為了考察動車組撞擊剛性墻時的吸能能力。對于是否增加該場景，在制訂標(biāo)準(zhǔn)時存在很大爭議，認(rèn)為該場景并非動車組實際運營中可能發(fā)生的場景，無法準(zhǔn)確再現(xiàn)列車間、車輛間的相互作用，僅可作為動車組車體耐撞性設(shè)計的一個中間過程，故定為由供需雙方協(xié)商確定。

(2) 場景3和場景4來自EN 15227：2008。場景3中貨車端墻上裝有側(cè)緩沖器，而我國則無此種形式的貨車。場景4中可變形障礙物的特性也取自EN 15227：2008。場景3和場景4主要是針對動車組出口事宜制訂的，故定為由供需雙方協(xié)商確定。

(3) 場景5實則是針對排障器及其連接裝置的規(guī)定。考慮到我國動車組研制的實際情況，TB/T 3500—2018既要參考EN 15227：2008，還要兼顧TB/T 3451—2016中排障器連接裝置靜載荷要求，因此規(guī)定：排障器連接裝置應(yīng)能承受作用在排障器下邊緣中心處的137 kN縱向壓縮載荷，且不會發(fā)生永久變形。供需雙方如協(xié)商一致，宜按表2所列載荷要求進行排障器設(shè)計及性能試驗。

表2 碰撞場景

TB/T 3500—2018自發(fā)布實施以來，到目前為止還未被廣泛采標(biāo)應(yīng)用。今后應(yīng)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的實踐應(yīng)用，加強對動車組車體耐撞性的系統(tǒng)研究，并在實踐中不斷總結(jié)提升，為標(biāo)準(zhǔn)的進一步完善奠定基礎(chǔ)。

1.12 TB/T 3501—2018《機車車輛碰撞試驗測試方法》

TB/T 3501—2018雖為TB/T 3500—2018的配套標(biāo)準(zhǔn)，但從標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容來看，其適用范圍更廣。該標(biāo)準(zhǔn)適用于采用縮比或全尺寸進行的機車、客車、動車組(多車、單車)、車輛部件、吸能元件碰撞試驗測試。

TB/T 3501—2018主要規(guī)定了機車車輛碰撞試驗的總體要求與測試內(nèi)容、試驗場地與被試結(jié)構(gòu)、測試設(shè)備、測試方法、測試程序和數(shù)據(jù)處理。測試內(nèi)容包括沖擊加速度、撞擊力、位移、碰撞前后結(jié)構(gòu)幾何尺寸的變化(即結(jié)構(gòu)的變形)和結(jié)構(gòu)的動態(tài)應(yīng)變。

由于該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍廣，因此只規(guī)定了基本參數(shù)的測試要求、方法及數(shù)據(jù)處理等。雖然作為TB/T 3500—2018的配套標(biāo)準(zhǔn)，但對動車組的針對性并不強，自然指導(dǎo)性就會打折扣。

2 總結(jié)與討論

鐵路客車車體強度標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展演變路線同鐵路客車產(chǎn)品的發(fā)展路線類似，可分為干線普通客車(圖1)和動車組(圖2)2條路線。

圖1 干線普通客車車體強度標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展演變路線

圖2 動車組車體強度標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展演變路線

從圖1、圖2可以看出，干線普通客車車體強度標(biāo)準(zhǔn)最終發(fā)展演變?yōu)門B/T 3550.1—2019和TB/T 3502—2018，動車組車體強度標(biāo)準(zhǔn)最終發(fā)展演變?yōu)門B/T 3451—2016、TB/T 3500—2018、TB/T 3501—2018和TB/T 3502—2018。比較圖1、圖2可以看出，目前還沒有針對干線普通客車車體的耐撞性標(biāo)準(zhǔn)。雖然干線普通客車未進行耐撞性設(shè)計，但并不代表其不具備耐撞性。車體抗1 180 kN縱向壓縮載荷的能力以及端墻折棚柱等結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證了車體具有一定的耐碰撞能力。

此外，動力集中電動車組其實也應(yīng)歸類于動車組，但由于我國列車的配屬管理問題，現(xiàn)將動力車歸類為機車，控制車和普通客車歸類為干線普通客車。從車體強度角度看，這種歸類法值得商榷。