波紋軌腰鋼軌開發(fā)與研究

1 緒論

1．1 波紋腹板的啟示

1．2 波紋腹板H型鋼的提出

1．3 波紋腹板鋼梁的結(jié)構(gòu)特征

1．3．1 波紋腹板的主要結(jié)構(gòu)形式

1．3．2 腹板的高厚比

1．3．3 腹板對(duì)翼緣板的影響

1．4 波紋腹板H型鋼梁和普通H型鋼梁的比較

1．5 波紋腹板H型鋼梁的應(yīng)用

1．5．1 波紋腹板H型鋼在國外的應(yīng)用

1．5．2 國內(nèi)工程概述

1．6 波紋軌腰鋼軌的研究背景

1．7 波紋軌腰鋼軌的提出

2 波紋軌腰鋼軌的力學(xué)性能研究

2．1 有限元模型的建立

2．1．1 基本假設(shè)

2．1．2 材料選取

2．1．3 有限元模型

2．2 波紋軌腰鋼軌與普通鋼軌動(dòng)力學(xué)性能比較

2．2．1 鋼軌軌頭中應(yīng)力、應(yīng)變及位移分布

2．2．2 橫向載荷的影響

2．2．3 速度的影響

2．3 波紋軌腰鋼軌的靜力學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬

2．3．1 波紋軌腰鋼軌的靜力學(xué)性能數(shù)值模擬

2．3．2 波紋軌腰鋼軌的靜力學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)

3 波紋軌腰鋼軌的屈曲分析

3．1 波紋鋼軌屈曲的簡(jiǎn)化計(jì)算

3．2 鋼軌屈曲的有限元數(shù)值模擬

3．3 模態(tài)分析

3．4 諧響應(yīng)分析

4 齒形輥輥型曲線設(shè)計(jì)

4．1 概述

4．2 輥型曲線設(shè)計(jì)的基本原理

4．2．1 基本假設(shè)

4．2．2 構(gòu)成波紋軌腰的曲線

4．3 軋輥輥型曲線設(shè)計(jì)

4．4 齒形輥輥型參數(shù)

4．5 齒形輥的周期對(duì)正裝置

5 波紋軌腰鋼軌軋制模擬和軋制實(shí)驗(yàn)

5．1 概述

5．2 有限元模型的建立

5．2．1 創(chuàng)建實(shí)體模型

5．2．2 單元的設(shè)置

5．2．3 材料屬性設(shè)置

5．2．4 網(wǎng)格劃分

5．3 邊界條件的處理

5．3．1 創(chuàng)建PART，定義接觸

5．3．2 約束的處理

5．3．3 載荷的處理

5．3．4 摩擦模型的建立

5．4 質(zhì)量縮放

5．5 求解控制

5．6 計(jì)算結(jié)果分析

5．6．1 咬入條件分析

5．6．2 軋制變形區(qū)

5．6．3 延伸系數(shù)

5．6．4 前后滑區(qū)

5．6．5 單元的應(yīng)力、應(yīng)變分析

5．6．6 軋制力分析

5．7 波紋軌腰鋼軌熱軋過程實(shí)驗(yàn)研究

5．7．1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)條件

5．7．2 波紋軌腰鋼軌熱軋實(shí)驗(yàn)過程

5．7．3 波紋軌腰鋼軌熱軋實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6 波紋軌腰鋼軌組織演變模擬和實(shí)驗(yàn)

6．1 波紋軌腰鋼軌組織演變模擬

6．1．1 邊界條件設(shè)置

6．1．2 模擬組織結(jié)果分析

6．2 波紋軌腰鋼軌組織性能實(shí)驗(yàn)研究

6．2．1 樣品的選取

……

7 波紋軌腰鋼軌結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及形式探索2100433B

《波紋軌腰鋼軌開發(fā)與研究》共分7章。第1章主要介紹了波紋軌腰鋼軌提出的背景；第2章研究了波紋軌腰鋼軌的力學(xué)性能；第3章研究了波紋軌腰鋼軌的屈曲性能并對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析；第4章設(shè)計(jì)了軋制波紋軌腰鋼軌的軋輥輥型曲線；第5章對(duì)波紋軌腰鋼軌的軋制過程進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析，并分析了波紋軌腰鋼軌的軋制特點(diǎn)和各種工藝參數(shù)對(duì)軋制力的影響；第6章對(duì)波紋軌腰鋼軌的微觀組織進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究；第7章提出了兩種更便于實(shí)際應(yīng)用的鋼軌結(jié)構(gòu)，并對(duì)波紋軌腰鋼軌的波紋參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

鋼軌樁設(shè)置時(shí)，將舊鋼軌放置在事先準(zhǔn)備好的鉆孔中，放置時(shí)應(yīng)使鋼軌軌底正對(duì)滑坡推力方向(如圖2所示)。鋼軌置人鉆孔以后，需用混凝土或水泥砂漿充填鋼軌與孔壁間的空間，使鋼軌與混凝土或砂漿以及孔壤巖石聯(lián)成一體。這樣可充分發(fā)揮鋼軌的抗滑作用并可防止鋼軌的銹蝕。鋼軌樁適用于滑坡推力不大，巖體較完整的巖質(zhì)邊坡，它比大斷面鋼筋混凝土抗滑樁有輕便、靈活、便于施工等優(yōu)點(diǎn)。因此在國內(nèi)外露天礦滑坡防治工程中廣泛應(yīng)用。

鋼軌樁鋼軌樁的受力狀況

隨巖體結(jié)構(gòu)不同，鋼軌樁的受力狀態(tài)也不同。堅(jiān)硬巖體沿一很薄的滑面滑動(dòng)時(shí)[如圖3中(a)所示]，抗滑樁主要承受剪切應(yīng)力；如果巖體沿一層軟弱的破碎帶或一弱層滑動(dòng)[如圖3中(b)所示]，由于在滑面處出現(xiàn)塑性變形，而使樁體承受彎曲產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力；如果滑體是松散體或碎裂巖體[如圖3中(c)所示]，則樁體也是承受彎曲產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力。

總的說來，鋼軌樁的受力狀態(tài)還研究得很不夠，如鋼軌上外力的具體分布至今仍不十分清楚，有待進(jìn)一步研究分析。

鋼軌樁鋼軌樁主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鋼軌樁抗滑力計(jì)算原則

如前所述，當(dāng)巖體堅(jiān)硬，滑動(dòng)面很薄時(shí)，樁體受剪力較大，可考慮樁體是受剪切，但在一般情況下都是受彎曲的。在計(jì)算鋼軌樁抗滑力時(shí)，一般可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，有條件時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)樁體應(yīng)力測(cè)試、模型試驗(yàn)等，得出樁體的應(yīng)力狀態(tài)，分析樁體的受力形式，進(jìn)而確定按剪切或彎曲條件計(jì)算。例如，阜新海州露天煤礦的鋼軌樁是按受彎曲來計(jì)算的。也有人將鋼軌樁視為是彈性地基上的彈性地基梁用連桿法求解樁體內(nèi)力。必須說明，鋼軌樁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法是不成熟的。在實(shí)際工程中，必須結(jié)合具體條件分析應(yīng)用。

錨固深度和樁長(zhǎng)

錨固深度即為樁埋人滑面以下穩(wěn)定基巖中的深度，它應(yīng)以樁體在滑坡推力作用下不被拔出以及在樁底不會(huì)產(chǎn)生新的滑面為條件。一般情況下，當(dāng)滑床巖體較完整，強(qiáng)度較大時(shí)，錨固深度可取小些。阜新海州露天煤礦▽86站錨固深度取3～5m。

樁的錨固深度與樁在滑面以上的長(zhǎng)度之和即為樁長(zhǎng)。樁長(zhǎng)應(yīng)保證不會(huì)產(chǎn)生越過樁頂?shù)幕?。但在一般情況下為施工方便而易于鋼軌定位，常使樁長(zhǎng)能露出滑體表面。這樣也為地面觀測(cè)提供了方便條件。

樁距和排距

穩(wěn)定一個(gè)滑體通常需沒置許多樁。樁成排布置，而且常是雙排或多排，排與排之間的樁位相互錯(cuò)開。

樁距取決于樁的總數(shù)和巖體強(qiáng)度。要防止軟質(zhì)土巖自樁間擠出，如滑坡推力較小，土巖強(qiáng)度又較大，則樁距可適當(dāng)大些。

粘土巖易被水浸潤(rùn)而軟化滑動(dòng)，宜選用較大直徑的鋼軌樁或管樁。隨樁徑增大，柱后形成堅(jiān)實(shí)的粘土巖楔(如圖4所示)，它將阻止樁間巖土向樁外擠出。阻止巖體擠出的阻力為：

樁間巖體的穩(wěn)定條件應(yīng)滿足：

由上式得：

雙排或多排孔時(shí)排距一般近似取樁距。對(duì)于露天礦采場(chǎng)邊坡，由于施工條件的限制，一般每個(gè)臺(tái)階設(shè)1～2排樁。

本書系統(tǒng)地介紹了鋼軌生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展、鋼軌的冶煉、軋制及不同鋼種鋼軌的技術(shù)開發(fā)過程和質(zhì)量控制。第1章介紹了鋼軌生產(chǎn)的沿革，國外鋼軌生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和我國鋼軌生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。第2章的主要內(nèi)容是中國鋼軌生產(chǎn)技術(shù)回顧，簡(jiǎn)單介紹了鋼軌的熔煉與鋼錠的澆鑄，鋼錠的加熱及初軋機(jī)開坯軋制，鋼坯表面缺陷清理及加熱，軌梁軋機(jī)軋制及軋制缺陷調(diào)整，以及多年來對(duì)鋼軌鋼質(zhì)不良的試驗(yàn)研究結(jié)果和鋼軌使用過程中的破損。第3章主要介紹了現(xiàn)代鋼軌生產(chǎn)技術(shù)，其中包括吹氧轉(zhuǎn)爐冶煉及大方坯連鑄；步進(jìn)式加熱爐及鋼坯加熱；鋼軌的軋制，鋼軌軋機(jī)及其典型布置，鋼軌的萬能軋機(jī)軋制；鋼軌的軋后處理，鋼軌的矯直，鋼軌軌頭淬火；鋼軌的檢測(cè)技術(shù)，鋼軌的平直度檢測(cè)和鋼軌殘余應(yīng)力檢測(cè)。第4章主要介紹了鋼軌新鋼種開發(fā)，包括中錳鋼軌開發(fā)、高硅鋼軌開發(fā)及SiMnV特級(jí)耐磨鋼軌的開發(fā)。本書系統(tǒng)地介紹了鋼軌生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展、鋼軌的冶煉、軋制及不同鋼種鋼軌的技術(shù)開發(fā)過程和質(zhì)量控制。

鋼軌軌底坡(cant of rail)是指鋼軌橫截面垂直軸線相對(duì)于軌枕頂面法線(在直線軌道上為鉛垂線)的傾斜度。其值一般為1:40-1:20 。中國新制車輪踏面呈1:20的圓錐形，經(jīng)過磨耗后則接近于1:40的錐度、為使車輪載荷盡量集中于鋼軌垂直軸線，減小載荷的偏心距，從而增強(qiáng)鋼軌頭部抵抗接觸疲勞應(yīng)力的能力，并降低軌腰應(yīng)力，我國規(guī)定直線路段的標(biāo)準(zhǔn)為1:40；曲線路段內(nèi)股鋼軌垂直軸線不應(yīng)因設(shè)置外軌超高而越過鉛垂線向軌道外方傾斜。任何情況下鋼軌軌底坡不應(yīng)大于1:12或小于1:60。