固定支座上支座板卡榫连接结构在国内 CKPZ 铁路盆式橡胶支座中已有推广应用,多向活动支座不在优化之列,具体设计方法亦可参考 CKPZ 支座及欧标EN1337-5设计思路,不再赘述。
单向活动支座上滑动板的圆柱销联接结构形式,国内未见推广应用,故以此结构支座为重点研究对象。现以1 MN 单向活动型 GPZ(Ⅱ)盆式橡胶支座为例,介绍其具体的结构优化设计方法。支座技术性能参数
1 MN 单向活动型 GPZ(Ⅱ)盆式橡胶支座技术参数:竖向承载力 1 MN,水平承载力 0畅1 MN,设计位移±100 mm,设计转角0畅02 rad。GPZ(Ⅱ)系列支座主要材料及力学性能GPZ(Ⅱ) 系列支座原结构钢材为铸钢 ZG现根据铁路支座一般材料应用情况,支座本身的受力特性以及应用环境,支座主要构件采用 Q345B 热轧钢板优化替代,包括上滑动板、活塞、挡条及底盆等。
另外连接挡条与上滑动板的圆柱销采用 40Cr。
支座结构优化设计计算
GPZ(Ⅱ)盆式橡胶支座在进行结构设计时,均需要进行橡胶垫压应力、耐磨板压应力、底盆强度、底盆与活塞接触应力等强度校核,但此 5 种构件结构优化时未曾涉及,采用原结构尺寸即可,无须重新校核。GPZ(Ⅱ)单向活动支座的上滑动板结构优化部分,高强螺钉、挡条及圆柱销均满足强度校核的要求。
由于结构优化设计主要影响水平承载性能,因而现重点模拟上支座板组件挡条及圆柱销承受水平载荷
的情况。根据仿真计算所得 Mises 应力云图可知:圆柱销的应力大值为337畅5 MPa,其主要受剪切破坏,40Cr圆柱销许用剪切应力[τ] =393 MPa >337畅5 MPa。 挡条应力大值为 393 MPa,而其主要受拉裂破坏,Q345B 挡条拉伸强度极限[σ b ] =470 MPa >393 MPa,故设计满足强度要求。
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