鍋爐強(qiáng)度計(jì)算

《電力名詞》第三版。 2100433B

鍋爐構(gòu)架及各個(gè)承壓件設(shè)計(jì)時(shí)(或?qū)σ延胁考：藭r(shí)),根據(jù)選定的材料許用應(yīng)力,計(jì)算給定工作條件下保證安全運(yùn)行應(yīng)有的結(jié)構(gòu)尺寸。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《鍋爐強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)(增訂版)》編著者長(zhǎng)期從事鍋爐強(qiáng)度的教學(xué)與科研工作，一直參與主編我國(guó)鍋殼鍋爐與水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)工作，并參加了這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作?！跺仩t強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)(增訂版)》中，將制定與修訂標(biāo)準(zhǔn)中所遇到的主要問題予以納入，還對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了逐條分析，此外給出有關(guān)技術(shù)問題的出處(參考文獻(xiàn))以供讀者進(jìn)一步查考。

《鍋爐強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)(增訂版)》中部分內(nèi)容以“附注”形式給出。基本上它們是作者多年來應(yīng)用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)度分析方法參與處理解決過的鍋爐設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行中所出現(xiàn)的一些實(shí)際問題。借此用以協(xié)助讀者開闊思路，并了解許多實(shí)際強(qiáng)度問題是如何處理解決的，其中某些問題也是標(biāo)準(zhǔn)急待修訂的。

為便于讀者可直接了解標(biāo)準(zhǔn)所列出基本公式的來源，《鍋爐強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)(增訂版)》給出了簡(jiǎn)易推導(dǎo)過程，較繁瑣的推導(dǎo)內(nèi)容也指明了出處，這樣，可知基本公式的準(zhǔn)確程度與裕度大小等。

軌道強(qiáng)度計(jì)算的主要目的，是運(yùn)用力學(xué)原理，分析和計(jì)算軌道各組成部分，在機(jī)車車輛以各種不同運(yùn)營(yíng)條件運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。在保證列車安全、平穩(wěn)和高速運(yùn)行條件下，根據(jù)已有的軌道類型及其他特定條件，確定機(jī)車車輛所允許的最大軸重和行車速度；以及在機(jī)車車輛類型、軸重和最高行駛速度已知時(shí)，經(jīng)過強(qiáng)度計(jì)算并結(jié)合國(guó)家技術(shù)政策，選擇合理的軌道類型。軌道強(qiáng)度計(jì)算的主要內(nèi)容，是在列車動(dòng)載作用下計(jì)算軌底邊緣的彎曲拉應(yīng)力、軌頭壓應(yīng)力、木枕支承面的承壓應(yīng)力、道床頂面的承壓應(yīng)力、路基面的承壓應(yīng)力以及混凝土軌枕和寬軌枕的軌下斷面、中間斷面的彎矩等 。

軌道強(qiáng)度計(jì)算主要研究以下三個(gè)方面：（1）確定機(jī)車車輛施加于軌道上的荷載，研究軌道變形，軌道破壞的機(jī)理。（2）研究軌道結(jié)構(gòu)各組成部分的應(yīng)力和變形，尋求加強(qiáng)或改進(jìn)軌道結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和維修周期的措施。（3）為研究能設(shè)計(jì)適應(yīng)高速、重載運(yùn)輸?shù)纳倬S修或不維修的軌道結(jié)構(gòu)，提供必要的理論依據(jù) 。

軌道強(qiáng)度計(jì)算靜力計(jì)算

按照對(duì)基礎(chǔ)假設(shè)的不同，靜力計(jì)算分為：連續(xù)點(diǎn)支承梁的計(jì)算和連續(xù)基礎(chǔ)梁的計(jì)算。在連續(xù)點(diǎn)支承梁的計(jì)算法中，把鋼軌視為一根支承在許多彈性支點(diǎn)上的無(wú)限長(zhǎng)梁。彈性支點(diǎn)的沉落值假定與它所受的壓力成正比。運(yùn)用力學(xué)理論，任一截面處的鋼軌彎矩、壓力和撓度都可求得。如果有許多荷載同時(shí)作用于鋼軌上，可先分別計(jì)算每個(gè)荷載對(duì)軌道所產(chǎn)生的作用，然后疊加起來。如需求最大數(shù)值時(shí)，可選擇幾個(gè)較重的車輪分別置于計(jì)算截面上，按照機(jī)車車輪的排列進(jìn)行計(jì)算比較求得。在連續(xù)基礎(chǔ)梁的計(jì)算法中，則把鋼軌視為一根支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的無(wú)限長(zhǎng)梁。同樣，用力學(xué)理論，可求出鋼軌任一截面的彎矩、壓力和撓度。與連續(xù)點(diǎn)支承梁方法相比，計(jì)算結(jié)果相差不多。但在基礎(chǔ)剛度較大時(shí)，兩種計(jì)算結(jié)果相差可達(dá)10%左右。

軌道強(qiáng)度計(jì)算動(dòng)力計(jì)算

一直沿用等效靜荷載法，即考慮到列車動(dòng)力作用而把軌道所承受的靜荷載適當(dāng)加大。動(dòng)荷載的確定有兩種方法：①力素分析法。對(duì)軌道所承受的各種力素進(jìn)行分析，對(duì)每一種力素乘以不同的系數(shù)，再以概率理論將其組合起來，以求得可能發(fā)生的最大動(dòng)荷載。②速度系數(shù)法。把靜荷載乘以速度系數(shù)α，得出換算的動(dòng)荷載。計(jì)算速度系數(shù)的公式，各國(guó)不同，如美國(guó)采用α=1 v/120，式中速度v以英里/時(shí)計(jì)；對(duì)速度v小于100公里/時(shí)，聯(lián)邦德國(guó)采用α=1 v/30000。中國(guó)1979年頒布的《鐵路軌道強(qiáng)度計(jì)算法》規(guī)定：在蒸汽牽引，列車速度在120公里/時(shí)以下時(shí)，計(jì)算軌底彎曲應(yīng)力，用α=1 8v/1000，式中v為行車速度，以公里/時(shí)計(jì)；計(jì)算軌道下沉的軌下基礎(chǔ)各部件的荷載及應(yīng)力，則用α=1 6v/1000。力素分析法在理論上似較速度系數(shù)法嚴(yán)密，但實(shí)際上各種力素變化多端，情況極為復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果的可靠度不大，且計(jì)算十分繁瑣，使用不便，不如速度系數(shù)法簡(jiǎn)單易行。到80年代除蘇聯(lián)外，世界各國(guó)大多采用速度系數(shù)法。

軌道各部件應(yīng)力計(jì)算主要包括：①鋼軌底部的動(dòng)彎應(yīng)力。即：σ=M/W，式中σ為鋼軌底部縱向纖維應(yīng)力；M為鋼軌彎矩；W為鋼軌底部對(duì)水平中性軸的截面模量。②軌枕的壓應(yīng)力。僅對(duì)木枕進(jìn)行計(jì)算。壓應(yīng)力σa=Q/A，式中Q為鋼軌壓力；A為軌底或墊板與木枕接觸的面積。③道床頂面的壓應(yīng)力。即道床頂面承受軌枕底面?zhèn)鱽淼膲毫Γ俣ǚ植荚谲壵韮啥碎L(zhǎng)度為e的范圍內(nèi)，其值為p=Q/be，式中Q為鋼軌壓力；b為軌枕寬度。最大壓應(yīng)力則乘以大于1的系數(shù)，一般采用1.6。④路基頂面的壓應(yīng)力。一般隨道床厚度的增加而減小，但道床厚度達(dá)到一定限度時(shí)，即使再增加道床厚度，路基面的壓應(yīng)力也不會(huì)再減小。以上均為對(duì)垂直方向的荷載所進(jìn)行的計(jì)算，橫向水平力，在直線上數(shù)量不大，約為靜荷載的10～15%；在曲線上，視曲線半徑大小，機(jī)車、車輛類型的不同而異，但一般也只為靜荷載的50%以下。在普通線路上，縱向水平力數(shù)值很小，一般可不計(jì)算。2100433B