硬化表层对循环荷载作用下水工轨道安定性影响分析.pdf免费

钢结构工程研究⑧ 《钢结构》2010增刊 硬化表层对循环荷载作用下水工轨道 安定性影响分析 白润波刘福胜徐宗美 (山东农业大学，水利土木工程学院泰安271018) 提要：通过在水工轨道表面重复施加Hertz法向压力分布来模拟滚轮的反复滚动作用，轨道材料采用多 线性随动强化模型，由此对循环荷载作用下轨道的受力性能进行有限元分析。数值分析结果表明，当轮压 较小时，轨道在经过少数几次循环荷载后，会趋近于安定，应变不会再增长；当轮压较大时，应变会不断 积累，安定将被渐进棘轮效应所代替。在进行轨道受力分析时，应计及轨道硬化层的影响，否则会严重低 估轨道的承载能力。 关键词：水工轨道；循环荷载；有限元；材料性能 1．引言 在水利工程中，闸门是水工建筑物的重要组成部分之一。平面钢闸门是常用门型，闸门 承受的水压水平载荷通过行走支承部件传递到大坝闸墩，支承部件直接影响着闸门的正常、 安全运行，在水利枢纽工程预设功能的发挥上起着重要的作用。滚轮式支承型式具有运行 可靠、摩擦系数小等优点而得到了广泛应用。闸门启闭运行使轨道承受滚轮的反复荷载作 用，虽然闸门的启闭次数不太频繁，运行速率也不大，但当危险点应力峰值超过弹性极限 时，会使轨道发生低周疲劳，目前对该问题尚缺乏研究【l捌。 轨道埋设在基础混凝土中，检修和更换困难。大型钢闸门的轨道承受滚轮的高压、低 周循环荷载作用，受结构布置和工作环境限制，现场实验难度大，故障难以监控。有限元 数值法可有效模拟轨道的工作状态，是一种研究轨道性能的有效方法，如何模拟轨道所受 的循环荷载是有限元分析的难题之一。本文以三峡水利枢纽深孔事故闸门中埋设的主轨道 为工程背景，提出有限元法分析轨道受循环荷载的模拟方法，并对硬化表层对循环荷载作 用下水工轨道安定性影响进行分析，为轨道设计分析提供技术参考。 2．循环荷载作用下的轨道有限元分析模型 1)轨道模型的材料性能与模拟 三峡水利枢纽深孔事故闸门中埋设的主轨道的材料为ZG42CrMo，弹性模量 钳结构工捍研究@ 《钢结构》20lo增刊 线如图l(曲、(b)所示。结台轨道材料机械性能特点，在有限元分析中，拟采用多线性随动 Ⅲ0。 24x105MPa，泊松比 支承轨道的基础混凝土的强度等级为C30，实测的弹性模量Ee-0 167。在有F日元模拟中，拟采用线弹性模型。 ／t。-0 Ol} 口】 0B： ∞l 11] D25 w5 l25 【75 2z5 …t 1日tr… coc……1n ㈦‰趟#傩 (b)#№《nB 目1nmH¨m^一＆女自“ 2)模型构建 三峡水利枢纽深孔事故闸门rI-滚轮、轨道和摹础混凝士的关系盘¨图2(a1所示。轨道的 横向尺寸远小于长度，且侧向为二次混凝土，对轨道侧向应力约束较小，按平面应力问题 来建寺水工钢闸门轨道受力模型，并用椭圆形荷载分布作用米代替模型中的滚轮部分。几 何尺寸参照二峡工程深孔事故闸门定轮支承结构设计，轨道高度380mm，长度2000mm； 化层内划分了非常精细的嘲格。在对称边界f施加对称约束，在基础混凝土底部约束所有 方向的线位移。坐标系的选择足以模型横向对称面轨道底板中心为坐标原点，轨道长度方 向为X轴，轨道高度冉向为Y轴。 3)荷载施加与求解 按照赫兹接触理论，假定滚轮传给轨道的接触压力往轨道宽度厅m均匀分布，沿』轴 ，J向(轨道长度方向)山椭圆形分布，如嗣3所示。轮压P引起的轮轨接触压应力表达式 为： p(T)P厂卜 一∽ 鼢 一焉