现行规范中,水工钢闸门轮轨接触强度设计准则凭经验和试验结果给出,而缺乏基于力学分析所建立的理论依据,甚至该准则在应用中存有争议。基于安定极限荷载下限理论探讨轮轨的接触强度问题,建立了自循环—优化安定分析算法,并据其对90个不同状态下的轮轨接触强度进行数值实验分析。结果表明:滚轮与轨道的最大赫兹接触应力与材料屈服强度的比值,并非为通常认为的唯一确定值,而是会受到材料屈服强度、切线模量系数、轮缘宽度和滚轮直径等多因素的影响,其中材料屈服强度的影响最大。这一发现说明规范中取这一比值为定值具有一定的局限性。虽然对于轮压较小、材料屈服强度相对较低的小型水利水电工程,规范规定是安全的;但对于大型水利水电工程,由于轮压较大,滚轮与轨道所用材料屈服强度相对较高,规范的规定偏于不安全。该研究为进一步探讨综合多因素、更具科学性的水工钢闸门轮轨接触强度设计准则,提供了基本力学方面的理论与方法支持。
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