波纹轨腰钢轨开发与研究

1 绪论

1．1 波纹腹板的启示

1．2 波纹腹板H型钢的提出

1．3 波纹腹板钢梁的结构特征

1．3．1 波纹腹板的主要结构形式

1．3．2 腹板的高厚比

1．3．3 腹板对翼缘板的影响

1．4 波纹腹板H型钢梁和普通H型钢梁的比较

1．5 波纹腹板H型钢梁的应用

1．5．1 波纹腹板H型钢在国外的应用

1．5．2 国内工程概述

1．6 波纹轨腰钢轨的研究背景

1．7 波纹轨腰钢轨的提出

2 波纹轨腰钢轨的力学性能研究

2．1 有限元模型的建立

2．1．1 基本假设

2．1．2 材料选取

2．1．3 有限元模型

2．2 波纹轨腰钢轨与普通钢轨动力学性能比较

2．2．1 钢轨轨头中应力、应变及位移分布

2．2．2 横向载荷的影响

2．2．3 速度的影响

2．3 波纹轨腰钢轨的静力学测试实验和数值模拟

2．3．1 波纹轨腰钢轨的静力学性能数值模拟

2．3．2 波纹轨腰钢轨的静力学测试实验

3 波纹轨腰钢轨的屈曲分析

3．1 波纹钢轨屈曲的简化计算

3．2 钢轨屈曲的有限元数值模拟

3．3 模态分析

3．4 谐响应分析

4 齿形辊辊型曲线设计

4．1 概述

4．2 辊型曲线设计的基本原理

4．2．1 基本假设

4．2．2 构成波纹轨腰的曲线

4．3 轧辊辊型曲线设计

4．4 齿形辊辊型参数

4．5 齿形辊的周期对正装置

5 波纹轨腰钢轨轧制模拟和轧制实验

5．1 概述

5．2 有限元模型的建立

5．2．1 创建实体模型

5．2．2 单元的设置

5．2．3 材料属性设置

5．2．4 网格划分

5．3 边界条件的处理

5．3．1 创建PART，定义接触

5．3．2 约束的处理

5．3．3 载荷的处理

5．3．4 摩擦模型的建立

5．4 质量缩放

5．5 求解控制

5．6 计算结果分析

5．6．1 咬入条件分析

5．6．2 轧制变形区

5．6．3 延伸系数

5．6．4 前后滑区

5．6．5 单元的应力、应变分析

5．6．6 轧制力分析

5．7 波纹轨腰钢轨热轧过程实验研究

5．7．1 实验内容和实验条件

5．7．2 波纹轨腰钢轨热轧实验过程

5．7．3 波纹轨腰钢轨热轧实验结果

6 波纹轨腰钢轨组织演变模拟和实验

6．1 波纹轨腰钢轨组织演变模拟

6．1．1 边界条件设置

6．1．2 模拟组织结果分析

6．2 波纹轨腰钢轨组织性能实验研究

6．2．1 样品的选取

……

7 波纹轨腰钢轨结构优化设计及形式探索2100433B

《波纹轨腰钢轨开发与研究》共分7章。第1章主要介绍了波纹轨腰钢轨提出的背景；第2章研究了波纹轨腰钢轨的力学性能；第3章研究了波纹轨腰钢轨的屈曲性能并对其进行了模态分析；第4章设计了轧制波纹轨腰钢轨的轧辊辊型曲线；第5章对波纹轨腰钢轨的轧制过程进行了数值模拟和实验分析，并分析了波纹轨腰钢轨的轧制特点和各种工艺参数对轧制力的影响；第6章对波纹轨腰钢轨的微观组织进行了数值模拟和实验研究；第7章提出了两种更便于实际应用的钢轨结构，并对波纹轨腰钢轨的波纹参数进行了优化。

钢轨桩设置时，将旧钢轨放置在事先准备好的钻孔中，放置时应使钢轨轨底正对滑坡推力方向(如图2所示)。钢轨置人钻孔以后，需用混凝土或水泥砂浆充填钢轨与孔壁间的空间，使钢轨与混凝土或砂浆以及孔壤岩石联成一体。这样可充分发挥钢轨的抗滑作用并可防止钢轨的锈蚀。钢轨桩适用于滑坡推力不大，岩体较完整的岩质边坡，它比大断面钢筋混凝土抗滑桩有轻便、灵活、便于施工等优点。因此在国内外露天矿滑坡防治工程中广泛应用。

钢轨桩钢轨桩的受力状况

随岩体结构不同，钢轨桩的受力状态也不同。坚硬岩体沿一很薄的滑面滑动时[如图3中(a)所示]，抗滑桩主要承受剪切应力；如果岩体沿一层软弱的破碎带或一弱层滑动[如图3中(b)所示]，由于在滑面处出现塑性变形，而使桩体承受弯曲产生的拉压应力；如果滑体是松散体或碎裂岩体[如图3中(c)所示]，则桩体也是承受弯曲产生的拉压应力。

总的说来，钢轨桩的受力状态还研究得很不够，如钢轨上外力的具体分布至今仍不十分清楚，有待进一步研究分析。

钢轨桩钢轨桩主要设计参数

钢轨桩抗滑力计算原则

如前所述，当岩体坚硬，滑动面很薄时，桩体受剪力较大，可考虑桩体是受剪切，但在一般情况下都是受弯曲的。在计算钢轨桩抗滑力时，一般可结合现场地质情况，有条件时进行现场桩体应力测试、模型试验等，得出桩体的应力状态，分析桩体的受力形式，进而确定按剪切或弯曲条件计算。例如，阜新海州露天煤矿的钢轨桩是按受弯曲来计算的。也有人将钢轨桩视为是弹性地基上的弹性地基梁用连杆法求解桩体内力。必须说明，钢轨桩的设计计算方法是不成熟的。在实际工程中，必须结合具体条件分析应用。

锚固深度和桩长

锚固深度即为桩埋人滑面以下稳定基岩中的深度，它应以桩体在滑坡推力作用下不被拔出以及在桩底不会产生新的滑面为条件。一般情况下，当滑床岩体较完整，强度较大时，锚固深度可取小些。阜新海州露天煤矿▽86站锚固深度取3～5m。

桩的锚固深度与桩在滑面以上的长度之和即为桩长。桩长应保证不会产生越过桩顶的滑坡。但在一般情况下为施工方便而易于钢轨定位，常使桩长能露出滑体表面。这样也为地面观测提供了方便条件。

桩距和排距

稳定一个滑体通常需没置许多桩。桩成排布置，而且常是双排或多排，排与排之间的桩位相互错开。

桩距取决于桩的总数和岩体强度。要防止软质土岩自桩间挤出，如滑坡推力较小，土岩强度又较大，则桩距可适当大些。

粘土岩易被水浸润而软化滑动，宜选用较大直径的钢轨桩或管桩。随桩径增大，柱后形成坚实的粘土岩楔(如图4所示)，它将阻止桩间岩土向桩外挤出。阻止岩体挤出的阻力为：

桩间岩体的稳定条件应满足：

由上式得：

双排或多排孔时排距一般近似取桩距。对于露天矿采场边坡，由于施工条件的限制，一般每个台阶设1～2排桩。

本书系统地介绍了钢轨生产技术的发展、钢轨的冶炼、轧制及不同钢种钢轨的技术开发过程和质量控制。第1章介绍了钢轨生产的沿革，国外钢轨生产技术的发展和我国钢轨生产技术的发展。第2章的主要内容是中国钢轨生产技术回顾，简单介绍了钢轨的熔炼与钢锭的浇铸，钢锭的加热及初轧机开坯轧制，钢坯表面缺陷清理及加热，轨梁轧机轧制及轧制缺陷调整，以及多年来对钢轨钢质不良的试验研究结果和钢轨使用过程中的破损。第3章主要介绍了现代钢轨生产技术，其中包括吹氧转炉冶炼及大方坯连铸；步进式加热炉及钢坯加热；钢轨的轧制，钢轨轧机及其典型布置，钢轨的万能轧机轧制；钢轨的轧后处理，钢轨的矫直，钢轨轨头淬火；钢轨的检测技术，钢轨的平直度检测和钢轨残余应力检测。第4章主要介绍了钢轨新钢种开发，包括中锰钢轨开发、高硅钢轨开发及SiMnV特级耐磨钢轨的开发。本书系统地介绍了钢轨生产技术的发展、钢轨的冶炼、轧制及不同钢种钢轨的技术开发过程和质量控制。

钢轨轨底坡(cant of rail)是指钢轨横截面垂直轴线相对于轨枕顶面法线(在直线轨道上为铅垂线)的倾斜度。其值一般为1:40-1:20 。中国新制车轮踏面呈1:20的圆锥形，经过磨耗后则接近于1:40的锥度、为使车轮载荷尽量集中于钢轨垂直轴线，减小载荷的偏心距，从而增强钢轨头部抵抗接触疲劳应力的能力，并降低轨腰应力，我国规定直线路段的标准为1:40；曲线路段内股钢轨垂直轴线不应因设置外轨超高而越过铅垂线向轨道外方倾斜。任何情况下钢轨轨底坡不应大于1:12或小于1:60。