區(qū) 桂 華

(中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津　300250)

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三腕臂支柱懸掛的設(shè)計(jì)和維護(hù)研究

區(qū) 桂 華

(中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300250)

介紹了三腕臂支柱懸掛設(shè)計(jì)的方法，闡述了三腕臂懸掛方式的絕緣子更換檢修時(shí)常見(jiàn)的問(wèn)題，并通過(guò)力學(xué)性能及接觸網(wǎng)支柱破壞原因的分析，得出了三腕臂接觸網(wǎng)更換絕緣子的正確方法。

接觸網(wǎng)支柱，三腕臂支柱，絕緣子，力學(xué)性能

0　引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鐵路行業(yè)也不斷發(fā)展。現(xiàn)在的主流鐵路——高速鐵路，成為當(dāng)代社會(huì)的主流，其具有高速度、高穩(wěn)定性、低噪聲、高舒適性等的優(yōu)點(diǎn)，其他國(guó)家也逐漸開(kāi)始使用高速鐵路。在鋪設(shè)高速鐵路時(shí)難免會(huì)遇到高速鐵路和普通鐵路交叉的線路，隨著科技的不斷發(fā)展，交叉鐵路之間的接觸網(wǎng)布置也越來(lái)越復(fù)雜，同樣交叉線路對(duì)接觸網(wǎng)的電纜線坡度變化要求也不斷增加，如在道岔處需將線路平穩(wěn)增加一跨后再進(jìn)行下錨，從而使得在道岔處需采用三腕臂接觸網(wǎng)進(jìn)行架設(shè)。而在車站處，為增加車站的美觀和整體協(xié)調(diào)性，在對(duì)既有線路進(jìn)行改造時(shí)一般均采用單根腕臂柱上懸掛三支接觸網(wǎng)的形式進(jìn)行架設(shè)。我國(guó)近年來(lái)建成的客貨共線鐵路中，采用橫腹桿預(yù)應(yīng)力混凝土支柱的形式較多，這種支柱的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕性高、造價(jià)低，因此被廣泛推廣使用[1-4]。

接觸網(wǎng)支柱安裝完成后，為確保鐵路達(dá)到正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，相關(guān)部門需定期或不定期對(duì)支柱上的零件或部件進(jìn)行緊固和更換，但由于單支柱同時(shí)懸掛三腕臂接觸網(wǎng)的特殊性，導(dǎo)致在進(jìn)行維修時(shí)采用的維修方法不當(dāng)[5]，接觸網(wǎng)支柱出現(xiàn)扭曲和破損等危險(xiǎn)現(xiàn)象。因此本文以某橫腹桿式預(yù)制混凝土單支柱同時(shí)懸掛三腕臂接觸網(wǎng)更換腕臂絕緣子為例，通過(guò)對(duì)其設(shè)計(jì)和力學(xué)性能進(jìn)行分析，得到正確的維修手段，為以后類似工程的改造和維修提供一定參考。

1　設(shè)計(jì)分析

在橫腹桿式預(yù)制混凝土單支柱同時(shí)懸掛三腕臂接觸網(wǎng)平面設(shè)計(jì)中，一般包括兩種設(shè)計(jì)方案：

1)一個(gè)工作支+兩個(gè)非工作支；

2)一個(gè)道岔柱+一個(gè)非工作支。

接觸網(wǎng)支柱的承載能力一般是根據(jù)懸掛接觸網(wǎng)和所附加的導(dǎo)線的自重及外加荷載進(jìn)行計(jì)算，之后再根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對(duì)支柱的參數(shù)和類型進(jìn)行選擇。本文即以某線路為案例，對(duì)其平面布置設(shè)計(jì)和支柱懸掛情況進(jìn)行受力分析。

1.1支柱中接觸網(wǎng)懸掛情況

本接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛系統(tǒng)，正線采用JTMH-95(15 kN)+CTSH-120(15 kN)，站線采用JTMH-70(15 kN)+CTSH-85(10 kN)，回流線采用LBGLJ-185(10 kN)。接觸網(wǎng)支柱示意圖如圖1所示，其中6號(hào)站線為三腕臂懸掛接觸網(wǎng)支柱，Ⅱ道為工作支，其他兩支為非工作支，分別為4道和渡線。

1.2支柱彎矩允許值計(jì)算

不同荷載下接觸網(wǎng)支柱的彎矩容許值計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1　支柱彎矩允許值計(jì)算表 kN·m

1.3接觸網(wǎng)支柱類型的選擇

接觸網(wǎng)支柱的類型選擇依據(jù)TB/T 2286—2003電氣化鐵道橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱[6]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行選擇。根據(jù)表1中的結(jié)果，選擇第一種荷載組合情況，此時(shí)支柱荷載最大，接觸網(wǎng)支柱的容量定為49.06 kN·m，支座類型選為H78型。

2　絕緣子檢修

在進(jìn)行檢修時(shí)為確保下方鐵路運(yùn)輸不受影響，采用傳統(tǒng)的更換方式可對(duì)普通的腕臂絕緣子進(jìn)行更換，但對(duì)既有線路中三腕臂懸掛方式的絕緣子進(jìn)行更換的案例還較少，因此對(duì)三腕臂懸掛方式的絕緣子的更換方法進(jìn)行研究極為必要。

在實(shí)際施工時(shí)，為達(dá)到簡(jiǎn)單、快捷、經(jīng)濟(jì)的效果，傳統(tǒng)的更換方法是采用手扳葫蘆進(jìn)行更換，具體施工步驟如下：

1)首先將手扳葫蘆的繩套固定于支柱上緣50 mm～100 mm位置處，手扳葫蘆的另一端固定于腕臂承力索座附近；

2)將斜腕臂完全卸載；

3)卸載后將其從絕緣子鋼帽中拔出，再將其絕緣子卸除，重新安裝復(fù)位；

4)卸除手扳葫蘆，結(jié)束。

在對(duì)懸掛三腕臂單腹桿支進(jìn)行更換時(shí)，若采用上述常規(guī)方法，容易導(dǎo)致支柱產(chǎn)生扭曲、破損甚至斷裂，從而導(dǎo)致支柱失效不能繼續(xù)使用，或?qū)е赂鼑?yán)重的事故，因此應(yīng)研究出一種新型可靠的施工方法對(duì)其絕緣子進(jìn)行更換。

3　單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子新式更換方法

盡管目前對(duì)三腕臂懸掛方式的絕緣子更換案例較少，但根據(jù)僅有的更換方法進(jìn)行總結(jié)，常規(guī)的方法包括如下兩種：

1)先將腕臂端部用杉木桿支撐以使其卸載，再將定位器進(jìn)行卸載，兩者卸載完成后卸除絕緣子，用大繩將絕緣子吊下，安裝新絕緣子，再緊固定位器，再使用杉木桿將絕緣子套入腕臂內(nèi)，再緊固其他零件，最后拆除所有安裝工具；

2)采用專業(yè)的接觸網(wǎng)安裝液壓平臺(tái)進(jìn)行更換和安裝。

上述更換方法為對(duì)腕臂進(jìn)行支護(hù)的方法，其他具體施工方法同上節(jié)所述。

在進(jìn)行更換時(shí)由于不能影響列車運(yùn)營(yíng)，因此更換和安裝時(shí)間緊迫，檢修時(shí)僅能采用臨時(shí)的搶修措施進(jìn)行更換和安裝，這些因素均不能在接觸網(wǎng)最初設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行考慮，因此導(dǎo)致檢修后接觸網(wǎng)易出現(xiàn)各類事故。因此在對(duì)三腕臂懸掛方式的絕緣子進(jìn)行檢修時(shí)，檢修人員應(yīng)根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙和運(yùn)營(yíng)部門及時(shí)溝通聯(lián)系，盡量避免檢修后接觸網(wǎng)出現(xiàn)事故。

4　三腕臂懸掛方式的絕緣子力學(xué)分析

4.1力學(xué)性能分析

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況，單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子更換施工示意圖如圖2所示，具體施工方法同2，3節(jié)所述。對(duì)單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子更換施工示意圖進(jìn)行力學(xué)模型簡(jiǎn)化后，得到力學(xué)簡(jiǎn)化模型圖，如圖3所示。

1)支柱平面受力。

支柱的平面受力分析圖如圖4所示，其中，AC=0.9 m，BC=2.9 m，AB=3.04 m,α=17.24°。

2)支柱立面受力。

支柱的立面受力分析圖如圖5所示，其中，AB=3.04 m，AD=0.5 m，β=9.4°。

3)支柱受力分析。

采用手扳葫蘆卸荷時(shí)需在手扳葫蘆的拉線上布置平衡荷載Q，平衡荷載與手扳葫蘆自身荷載對(duì)支柱產(chǎn)生附加拉力T=T′。其中Q=導(dǎo)線自重+零件自重+其他附件自重=2.2 kN，附加拉力按照檢修人員為1人時(shí)計(jì)算，并且手扳葫蘆的自重荷載通常為0.8 kN，因此總計(jì)為2.2 kN。

附加拉力T=T′=Q/sinβ=13.5 kN，圖5中的D點(diǎn)處產(chǎn)生的水平分力Tz=T×cosβ=13.3 kN，將力分解后得到Tx=Tz×sinα=4 kN，Ty=Tz×cosα=12.9 kN。

4)附加彎矩計(jì)算。

通過(guò)上述計(jì)算得到，采用這種原始的施工方法，增加了支柱的水平力，從而導(dǎo)致支柱的彎矩和扭矩也增加。支柱的兩方向附加彎矩分別為：Mx=Ty×LAD=6.45 kN·m；My=Tx×LDO=34.4 kN·m，支柱增加的扭矩Mz=Ty×LAC=11.6 kN·m。

4.2維修后破壞原因分析

根據(jù) TB/T 2286—2003電氣化鐵道橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱中的H78支柱承受雙向荷載情況規(guī)定：

1)當(dāng)接觸網(wǎng)支柱的線路垂直方向彎矩達(dá)到73 kN·m時(shí)，其水平方向彎矩僅能達(dá)到8 kN·m；

2)當(dāng)接觸網(wǎng)支柱僅承受水平方向彎矩時(shí)，其承受的最大彎矩為18 kN·m。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果和傳統(tǒng)手扳葫蘆維修方法，接觸網(wǎng)支柱所承受彎矩和扭矩分別為：

1)在接觸網(wǎng)支柱的線路垂直方向產(chǎn)生了55.66 kN·m附加彎矩；2)在接觸網(wǎng)支柱的線路水平方向產(chǎn)生了34.9 kN·m附加彎矩，已經(jīng)超過(guò)了規(guī)范中規(guī)定的8 kN·m和18 kN·m，并且也使支柱增加了11.88 kN·m的扭矩，也已經(jīng)超過(guò)了規(guī)范中所規(guī)定的數(shù)值。

因此，根據(jù)上文分析得到，在對(duì)單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子進(jìn)行更換時(shí)采用常規(guī)的維修方法使支柱的附加彎矩和扭矩均增加，最終可導(dǎo)致接觸網(wǎng)支柱破壞、扭曲，甚至斷裂。而采用新式更換方法可對(duì)支柱進(jìn)行一定程度的支撐，將所產(chǎn)生的彎矩和扭矩轉(zhuǎn)移至施工平臺(tái)或其他操作工具中，從而可直接減小彎矩和扭矩對(duì)接觸網(wǎng)支柱的影響。

5　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析得到，在對(duì)單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子進(jìn)行維修或更換時(shí)，采用常規(guī)的更換方法會(huì)導(dǎo)致接觸網(wǎng)支柱產(chǎn)生附加彎矩和扭矩，增大了接觸網(wǎng)支柱的損壞幾率。在進(jìn)行施工時(shí)，人為的增加接觸網(wǎng)支柱的荷載，當(dāng)其荷載超過(guò)規(guī)范限值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致支柱內(nèi)產(chǎn)生裂紋、鋼筋斷裂或支柱倒塌等事故，影響列車運(yùn)營(yíng)。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)和維護(hù)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

1)在接觸網(wǎng)初步設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免出現(xiàn)單支柱三腕臂，避免出現(xiàn)這種受荷最不利狀態(tài)。若設(shè)計(jì)時(shí)必須采用這種設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)這種單支柱進(jìn)行充分力學(xué)性能分析，將單支柱的各方向承載力和扭矩均進(jìn)行計(jì)算并滿足相應(yīng)規(guī)范要求，優(yōu)化布置接觸網(wǎng)的平面布置，盡量使接觸網(wǎng)支柱的各方向受力均衡；

2)在對(duì)接觸網(wǎng)支柱上的配件等進(jìn)行檢修或更換時(shí)，應(yīng)首先對(duì)支柱受力情況進(jìn)行計(jì)算并分析，若計(jì)算后得到的計(jì)算結(jié)果高于相應(yīng)規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施進(jìn)行加固處理，以避免接觸網(wǎng)支柱產(chǎn)生裂縫、扭曲或倒塌事故，影響列車的運(yùn)營(yíng)。

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[6]TB/T 2286—2003,電氣化鐵道橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱[S].Research of three pillar suspension bracket design and maintenance

Qu Guihua

(ChinaRailwayElectrificationSurveyDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Tianjin300250,China)

The paper introduces the methods of the three pillar suspension bracket design, illustrates the common problems in the replacement of the insulators of the three pillar suspension, and concludes the correct methods for the displacement of the insulators of the three pillar contact network according to the analysis of the damages of the dynamic performance and damages at the contact network columns.

contact network column, three pillar bracket, insulator, dynamic performance

1009-6825(2016)23-0144-03

2016-06-10

區(qū)桂華(1965- )，女，高級(jí)工程師

U225

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