电气化铁路接触网硬横跨的设计与施工 毕业论文

1、 吉林铁道职业技术学院毕业设计 （论文） 设计题目: 电气化铁路接触网硬横跨的设计与施工 专业（班级）： 06级电气化 指 导 老 师： 学 生 姓 名： 学 号： 0610020 吉林铁道职业技术学院 目录 前言11.硬横跨的形式21.1 硬横跨的基本系形式21.2 新型斜拉式硬横跨22.硬横跨结构与基础选用52.1 选用说明52.2 基础选用53. 硬横跨的受力分析及计算113.1 受力分析及计算113.2 新型斜拉式硬横跨的力学性能194. 硬横跨施工作业流程214.1 施工流程图214.2 硬横跨施工224.3 安装示例255. 既有线路硬横跨的改造、安装技术285.1 关于既有复线站

2、内架设硬横跨的施工方案285.2 既有电气化线路车站由软横跨改造为硬横跨的安装技术335.3 格构式硬横梁上吊柱的通用安装方式35结 论40致 谢41参考文献 42附 录43 摘 要在电气化铁路中，要提高接触悬挂的稳定性，改善受流质量，首先应确保支持装置的稳定性及受力性能良好，而硬横跨正好具备这样的优点。随着高速电气化的发展，既有线的大面积提速，原有的软横跨已不能满足提速后的质量要求，性能好的硬横跨取而代之已是必然。所以对硬横跨的研究是十分必要的。 本文在接触网基本原理的基础上，深入地分析了硬横跨的结构特征和硬横跨的受力性能；系统地论述了硬横跨的施工技术。设计中结合实际站场进行分析，提高了文章

3、的实用性，做到了理论和实践的结合和统一。论文共分五章，第一章介绍了硬横跨的基本形式，并根据实际站场设立的硬横跨作了进一步的阐述。第二章叙述了硬横跨的类型结构、硬横跨的基础选用及施工要求。第三章结合实际站场，对硬横跨的受力进行分析计算，完成了硬横跨的力学性能分析。第四章概述了与生产实际紧密相关的硬横跨的施工作业流程。第五章探讨了有线路硬横跨的改造、安装技术。关键词：接触网；硬横跨；软横跨；安装技术 前 言1879年5月,世界上第一条电气化铁路在德国柏林建成。此后，随着科学技术的发展、铁路运量的增长和对能源利用率的重视，电气化铁路有了很快的发展。法国、日本、德国等国家已成为电气化铁路为主的铁路运输

4、业，大部分货运量是由电气铁路完成的。全世界电气化铁路营业里程逐年增加,到20世纪80年代初已超过16.5万公里,占铁路营业总里程的13，而承担的运量却占铁路总运量的35。一些以电气化铁路为主的国家，如法国、联邦德国和日本等,一般以占铁路营业总里程的1/3左右的电气化铁路完成铁路总运量的3/4左右。中国于1961年建成第一条电气化铁路宝成铁路的宝鸡至凤州段。在过去的这几十年中，我国电气化铁路建设有了迅速的发展，取得了巨大的成就。到2010年，我国铁路的电气化率预计将达到34.6%(约占国家铁路营业里程的40%以上)，电气化铁路复线率将增加到68.9%，电气化铁路承担的客货运量将占铁路总运量的65

5、%以上。几条长大干线的旅客列车运行速度将普遍达到每小140160公里，而京沈、广深、京津、沪杭、长衡等快速客运专线的旅客列车运行速度将达到每小时200公里。我国几条主要繁忙干线的货物列车载重量将普遍达到40005000吨，而大秦和朔黄两条运煤专线的重载单元列车的载重量将突破1万吨。电气化铁路的各项主要运营指标，如输送能力和通过能力、列车运行速度和列车平均总重量、电力机车的日车公里和日产量等都进入世界先进行列。用电力机车作为牵引动力的铁路，就是电气化铁路。电气化机车上不设原动机，其电力由铁路电力供应系统提供。该系统由牵引变电所和接触网构成。来自高压输电线路的高压电经牵引变电所降压整流后，送至铁路

6、架空接触网，电气机车通过滑线弓受电，牵引机车行驶。供电制式分为直流制。电气化铁路与现有其他动力牵引的铁路相比，具有的优越性是能源节省，其热效率可达 20%26% ；运输能力大 ，功率大，可使牵引总重提高；运输成本低，维修少，机车车辆周转快，整备作业少、耗能少；污染少，粉尘与 噪声小，劳动条件也较好等。接触网是其重要组成部分，它是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。 为了把导线悬挂到支柱并固定在一定位置上，必须有一套中间装置，这就是所谓的支持装置。支持装置包括腕臂、软横跨和硬横跨。本设计除了涉及到接触网的其他知识外，重点介

7、绍作为接触悬挂支持结构之一的硬横跨。硬横跨是电气化铁路发展初期，欧洲国家就有较广泛的应用，他的优点是形式单一、结构简单、便于机械化施工。后来，硬横跨又逐渐被软横跨所取代。高速铁路在世界范围内兴起，而硬横跨的优点在高速铁路中显现出来，所以，在国外，如法国、瑞士、日本等国家，硬横跨又被重新广泛地采用。1硬横跨的形式11硬横跨的基本形式 硬横跨多用于全补偿链型悬挂的站场上，一般是为固定承力索中心的锚结绳而设立的。时速200km区段，车站正线一般采用带吊柱（吊柱本体采用双槽钢焊接）的门型硬横梁结构，如图11所示。股道数较多的大站纯站线侧采用带上下部定位索的门型硬梁结构，如图12所示。硬横梁一般采用格构

8、式横梁。图11图12硬横跨不仅具有机械上独立、股道之间不产生影响、事故范围小、结构稳定、抗震动、抗风性能好、稳定性强等优点，而且硬横跨具有较好的刚度，稳定性高，能改善弓网受流，因而又具有磨耗小、可降低离线率等一系列优点。1.2 新型斜拉式硬横跨我们在这里介绍一种新型的硬横跨斜位式硬横跨。我国长沙站就采用这种硬横跨。1.2.1 斜拉式硬横跨的形式斜拉式连续硬横跨,分为两种类型:一种为一般斜拉式连续硬横跨,另一种为大跨度斜拉式连续硬横跨。 一般斜拉式连续硬横跨的横梁面形式为边长500mm正三角形,上弦杆为一根89的无缝钢管,下弦杆为两根76的无缝钢管,支柱为4m高外径为300mm的圆钢柱。一般斜拉

9、式连续硬横跨的安装示意图1:“一般斜拉式连续硬横跨的安装示意图”。 大跨度斜拉式连续硬横跨的横梁断面形式为边长600mm正三角形,上弦杆为一根102的无缝钢管,下弦杆为两根102的无缝钢管,支柱外径为300mm的圆钢柱。大跨度斜拉式连续硬横跨的安装形式见图2:“大跨度斜拉式连续硬横跨的安装示意图”。图1一般斜拉式连续硬横跨的安装示意图 图2大跨度斜拉式连续硬横跨的安装示意图1 斜拉式硬横跨的性能特点及优点硬横跨结构对横梁和钢柱的制造精度要求很高,从保证现场安装顺利方面,要求有简单方便的连接型式,从制造方面,确定一套完整的工艺装备、胎模、卡具以及一系列的质量保证体系,以保证工厂分段制造,现场顺利

10、安装。斜拉式连续硬横跨,具有以下特点:a.斜拉式连续硬横跨跨越能力大,单跨的设计跨度为1728m,个别地方的单跨跨度为38m,每组硬横跨实际长度超过了60m。b.斜拉式连续硬横跨与普通便横跨相比,受力更均匀,内力分布合理,更能充分利用材料。c.既能满足强度、刚度及稳定性要求、又做到经济、合理、适用、美观。斜拉式连续硬横跨结构不仅具有普通横跨的优点整体稳定性好,还可大大提高接触悬挂的稳定性,减少受电弓的离线率,便于接触悬挂调整,减少维修工作量,节约维修费用,同时还具有以下优点:1与采用抱箍型式连接的硬横跨相比,制造精度与安装误差要求较低,更便于工厂加工和现场安装。2结构型式简洁轻巧,改善了电气化

11、铁路尤其是车站的面貌。3斜拉式连续硬横跨由于斜拉杆的作用,大大减少了梁自重产生的弯矩,梁截面尺寸小,因此节省了钢材。4斜拉式连续硬横跨支柱柱底的弯矩小,如硬横跨与雨棚合架,对雨棚的作用荷载小,可大大减少雨棚的土建投资或雨棚的加固费用。 2.硬横跨结构与基础选用2.1选用说明根据跨度的大小和安装地点的不同，硬横跨按结构分为两大类：角钢结构式矩形断面硬横跨（角钢硬横跨）和钢管结构式三角断面硬横梁（钢管硬横梁）。通过吊柱安装接触悬挂。硬横跨横梁与支柱采用抱箍式连接或法兰盘连接，横梁分若干段，梁段间通过法兰连接。角钢结构硬横跨的支柱采用环形等径预应力混凝土支柱（跨度25mm及以下）或与横梁结构相同的角

12、钢支柱（跨度2540m或跨度25m以下承受负荷较大的硬横跨），钢管结构硬横跨支柱采用环形等径截面钢管柱。钢管结构硬横跨主要用于车站风雨棚范围内，其余地点一般采用角钢结构硬横跨。 21.1硬横跨规格型号符号说明采用混凝土支柱的角钢硬横跨表示为：yhk-h-“l”；采用角钢支柱的角钢硬横跨表示为： yhk-j-“l”；采用钢管硬横跨表示为： yhk-g-“l”；其中yhk表示硬横跨，h、j、g分别表示混凝土支柱的角钢硬横跨、角钢支柱的角钢硬横跨和钢管硬横跨，l表示硬横跨的跨距，一般为硬横跨两侧支柱中心间的距离（m）。硬横跨制造时，横梁长度应根据现场实测跨距值确定。硬横跨跨度及支柱高度范围参见表21

13、。表中支柱高度和硬横跨质量随实际情况进行调整，不是最终准确值。yhk-h-20和yhk-h-25的质量仅为一根横梁的质量，其余型号的硬横跨质量为一根横梁和两根支柱的质量，以上均为含吊柱的质量。表21 硬横跨跨度及支柱高度硬横跨结构形式规格型号横梁跨度（m）支柱高度（m）硬横跨质量（kg） 角钢结构 yhk-h-20208.210.41400yhk-h-25251750yhk-j-30308.410.634403800yhk-j-35358.610.847805200yhk-j-404052305650钢管结构yhk-g-20208.210.430803470yhk-g-252534803870

14、2.2基础选用1.角钢硬横跨选择1跨距l=2025m时 横梁横断面尺寸为500mm×600mm。 支柱选用： 支柱型号gq10012,400型环形等径预应力混凝土支柱。 支柱断面直径400mm. 支柱高度根据现场实际情况选用。 基础选取如表22所示。表22 基础选用地基承载力（kpa）5050100100150150200200250250基础型号yj-1yj-2yj-3yj-4yj-52跨距l=25.130m时 横梁横截面尺寸为800mm×800mm。 支柱选用（gy表示格构式角钢支柱）支柱型号：gy1-h,gy2-h。其中h表示支柱高度（m），如表23所示。表23 支柱

15、型号选用（m）项目安装地点区间站台外站台内货物站台轨地高差1.040.8+0.5+1.1支柱高度10.5910.359.058.45基础外露高度0.20.20.10.1主角钢选用如表24所示。表24 主角钢选用柱型主角钢gy1-hl100×7gy2-hl110×8 基础选用（底部：800mm×800mm，顶端：800mm×800mm）,如表25所示 。表25 基础选用地基承载力（kpa）5010015020050100150200基础型号yj-6yj-7yj-8yj-9yj-11yj-12yj-13yj-143跨距l=30.140m时 横梁横截面尺寸80

16、0mm×1000mm。 支柱选用支柱型号：hy3-h,hy4-h。其中h表示支柱高度（m）,如表26所示。26 支柱型号选用项目安装地点区间站台外站台内货物站台轨地高差（m）1.040.8+0.5+1.1支柱高度（m） 10.7910.559.258.65基础外露高度(m)0.20.20.10.1主角钢选用如表27所示。支柱选用如表28所示。表27 主角钢选用柱型主角钢hy3-hl100×8gy4-hl110×10表28 支柱选用跨距柱型30.136mgy3-h36.140mgy4-h 基础选取（底部：底部：800mm×800mm，顶端：800mm

17、15;800mm），如表29所示。表29 基础选用地基承载力（kpa）5010015020050100150200基础型号yj-15yj-16yj-17yj-18yj-20yj-21yj-16yj-172钢管横梁选用1横梁型号：pb-l。钢管硬横跨跨距l=2025m时，断面尺寸600mm×520mm。支柱断面直径为350m。2支柱选用 支柱型号：r-h,其中r1表示等径钢管支柱，h表示支柱高度，如表210所示。表210 支柱型号选用项目安装地点区间站台外站台内货物站台轨地高差（m）1.040.8+0.5+1.1支柱高度（m） 10.4110.178.878.27基础外露高度(m)0.

18、20.20.10.1基础选用如表211所示。表211 基础选用地基承载力（kpa）5050100100150150200200250250基础型号yj-1yj-2yj-3yj-4yj-53硬横跨吊柱选择1吊柱型号:d-y。其中h表示吊柱长度，吊柱y表示为y型结构形式，两柱脚间的距离约为1.11.3m(一般选用1.3m),柱脚至两斜腿相交处的垂直距离为0.7m，吊柱的总长度h为30003600mm。2吊柱的选用：吊柱的允许弯矩（两斜腿相交处）为20kn·m(标准值），只要不超过该值，无论悬挂几支，均可以选用d-h型吊柱。3由于横梁有拱高，吊柱的两个柱脚可能不等高，可以通过安装调节垫板调

19、整柱脚高度，安装的吊柱呈竖直状态。4硬横跨安装高度（如表212所示）表212 硬横跨安装高度接触线高度结构高度h=1.1m结构高度h=1.4m备注承力索高度（m）硬横梁安装高度（m）承力索高度（m）硬横梁安装高度（m）硬横跨安装高度是指梁底至最高轨面的垂直距离6.0m7.187.48.36.45m7.558.457.858.755因考虑到腕臂上定位器的安装及与吊柱相邻股道上腕臂反定位的安装，将吊柱的安装限界及线间距要求统一如下：1一般情况下正线上吊柱的限界为2.3m ，站线吊柱的限界直线为2.2m ，曲线为2.3m 。2安装后的吊柱与侧线路中心的距离不应小于1.6m ，当邻侧线路为道岔柱或转换

20、柱时，该值不应小于1.9m 。按照上述要求，安装吊柱的两线间距离应满足要求，即：正线与站线间的距离一般不小于4.6m ，邻侧为道岔柱时不小于5.0m ；站线与站线间的距离一般不小于4.2m ，邻侧为道岔柱是不小于4.6m 。6硬横跨施工说明1如无特殊原因同一组硬横梁的基础顶面应等高。2两侧基础螺栓群中心连线应与线路中心线垂直。3基础施工应按基础安装图的要求进行施工，确保基础顶面至轨面的距离一致。4基础施工完成后，应测量两侧基础中心间的距离，按照实测横向跨距向厂家订货。5硬横梁的组装应符合设计图纸的要求，安装时应选择合适的吊点起吊，待梁柱连接螺栓全部穿入后再卸取吊钩。7钢接硬横跨硬横梁运抵工地后

21、，应按生产厂提供的技术条件进行外观检查，其主要检查项目应符合下列要求：1全梁跨度的允许偏差：30ml40m为±25mm; l30m为±10mm 。l为两柱的理论中心距。2全梁挠曲:立位检查其挠曲矢高l1000（l为梁长）。3梁身扭曲：立位检查其挠曲矢高h125(h为梁高)。4抱箍应基本圆整，局部变形（焊接变形）不宜过大；孔群中心线应与抱箍中心线重合，允许偏差±3mm 。5各连接孔距允许偏差±1mm ；孔径的椭圆度允许偏差±1.5mm ;错孔（指零件的不同心度）偏差在0.5 1.0mm的，每组孔中允许数量为50% ；偏差在1.0以上大约1.5mm

22、的，每组孔中允许数量为10% 。6硬横梁防腐采用热喷锌，其质量要求如下：喷涂层应均匀平坦，色调一致；喷涂层厚度不应小于100µm ；喷涂层应与坯料表面结合良好，不得有脱落和龟裂形象；锌层外罩的密封清漆应均匀一致，无遗漏，无流挂。7焊接处无裂纹，焊缝无虚焊。8.在预应力混凝土接触网支柱堆放过程中应遵守下列规定： 1支柱堆放场地平整； 2横腹板支柱堆放时，用150mm ×200mm 的方木垫起，根部统一放在一边，支柱堆码不得超过三层，层与层间用方木垫在腹杆节点处，不得垫在腹孔中间，放置位置为翼缘侧面朝上； 3等径支柱采用两点堆放，支点位置如图214所示。图214 等径支柱堆放尺

23、寸 4等径支柱按规定分别堆放，堆放层数不宜超过4层； 5等径支柱堆垛应放在支垫物上，层与层之间用支垫物隔开，每层支承点在同一平面上，各层支垫物位置在同一垂直线上。9.预应力混凝土接触网支柱在运输过程中应遵守下列规定： 1等径支柱在运输过程中的支承点位置按图214规定，若受车辆所限，支承位置可向外移动1m ，向内以东1.5m ; 2等径支柱在运输过程中应在支点处套上草圈，或用草绳等物捆扎； 3装载支柱的车辆在铁路运输中，不准溜放。3.硬横跨受力分析及计算受力分垂直线路方向和顺线路方向，下面我们根据兰武二线双线特大桥、大桥的硬横跨的受力进行分析计算并对新型斜位式硬横跨进行力学性能分析。3.1 受力

24、分析及计算（以兰武二线双线特大桥、大桥的硬横跨为例） 1、问题的提出 为满足兰武二线最高行车速度提高到160kmh的要求，部鉴定意见要求双线特大桥、大桥原设计采用的单腕臂支柱需改为硬横跨，以提高其抗风及抗震动能力因目前针对 160kmh速度的接触网支撑结构设计，国内没有明确的标准，我们经过论证比较，以德国铁路对接触悬挂的挠度控制为参考。 双线特大桥、大桥的单腕臂支柱改为硬横跨后，垂直线路方向的接触网支柱的强度、稳定性及变形能力均得到提高，但随之也带来一些问题： (1)硬横跨的采用改变了原来桥支柱的受力特点原来的单腕臂支柱单向受力，主受力方向是垂直线路方向；硬横跨支柱是双向受力，垂直、顺线路两个

25、方向均为受力方向，硬横跨的采用是垂直线路方向的受力性能提高，通过最不利荷载组合，主计算方向确定为顺线路方向 (2)采用硬横跨，增加硬横梁，垂直负载增加了支柱容量，水平负载增加了顺线路方向的柱顶风荷载 (3)考虑双层集装箱设计和最高运行速度160kmh地段的净空要求，原有桥支柱由原来高度(iim、ii5m)提高到 12m 2、根据上述新情况，我们分析并计算了兰武二线双线特大桥、大桥的硬横跨的受力情况，分析如下： 1 原始资料 1 气象条件名称单位数值名称单位数值最高气温40最大风速m/s27最低气温30覆冰时风速m/s10最大风时气温0接触线覆冰厚度mm2.5覆冰时气温5承力索覆冰厚度mm5吊弦

26、、定位器正常位置时气温152线材规格及张力项目线材名称规格 额定张力(kn)最大张力（kn)附注承力索铜合金绞线thj-95-thj-12017载流承力索接触线铜合金电车线ctha12013正线加强线铝包钢芯铝绞线lbglj-18512供电线铝包钢芯铝绞线lbglj-18512回流线铝包钢芯铝绞线lbglj-150103跨距及拉出值根据气象条件、悬挂类型、线材规格进行计算的结果见下表：曲线（m）50060080010001200150018002000250030004000直线跨距（m）454550505055556060606060(65)拉出值mm40040040040025025025

27、0150150150150±3004选用线材的机械及电气性能线型结构根数/直径(mm)外径(mm)计算截面(mm2)计算拉力(kn)直流电阻(/km)载流量(a)弹性模量(mpa)线胀系数(10-6/)单重(kg/m)ctha12012.912142.350.01786750124000171.082ctha8510.88631.820.01786600124000170.769thj12019/2.8014.0116.9967.570.2416350105000171.060thj9519/2.5012.593.2754.760.3395305105000170.845lbglj1

28、85/2524/3.1518.9211.2956.810.14535456900020.40.6781lbglj150/2026/2.6716.9165.1746.070.19044736930020.40.53473. 负载及支柱容量计算 (以非绝缘转换柱为例 ) 非绝缘转换柱承受两支接触悬挂，一为工作支，另一为下锚支，两支悬挂的水平间距为 0.1m，计算时可忽略不计 1 基本假定 硬横梁、桥支柱和桥墩台构成了硬横跨结构底基本受力结构体系，横向因为横梁的连接刚度较好，纵向成为单榀排架结构，刚度较差，设计中要分别进行纵横两个方向的内力分析，以便求出在各种荷载作用下起控制作用的截面不利内力，以此

29、作为设计支柱的依据 为了计算上的简化，根据硬横跨结构和实际情况来确定计算简图，做如下假定： 1柱子底面固定于桥墩上支柱利用长螺栓和墩台连接，螺栓锚固长度满足规范要求，且桥墩台底变形亦受到控制，基础底转动一般很小，因此假定支柱下端可以作为固定端考虑 2柱上端和硬横梁的连接为铰结在柱上端，硬横梁搁置在支柱顶上，用螺栓和角钢组成的u型箍将硬横梁固定，因为铁路沿线的自然条件和施工条件都比较恶劣，精确的刚性连接有一定的制作和施工的难度，兰武二线采取铰结的连接方式 3硬横梁作为门型架构的横梁假定为准刚性连杆一般的排架结构，横梁的刚度一般要比柱子大很多，受力后在跨度方向变化很小，可略去不计，但桥上的硬横跨结

30、构，横梁仅起连接拉结桥支柱的作用，刚度小于支柱，故我们假定硬横梁为准刚性连杆，在内力的分析中考虑部分应力及变形 2 受力分析 1负载计算支柱负载包括水平负载和垂直负载。垂直负载包括：悬挂结构自重负载。链形悬挂的自重。水平负载包括：支柱本身的风负载。线索传给支柱的风负载。曲线形成的水平分力。之字值形成的水平分力。下锚分力。合力矩： 直线同侧下锚（按图中zf2计算）为： 式中 非绝缘转换柱受力分析图直线异侧下锚按图中zf1计算。：接触悬挂垂直负载，包括承力索、接触线及吊弦线架的重量，覆冰地区应计入冰重（n）。：接触悬挂支持装置垂直负载，覆冰时应包括冰重（n）。：悬挂点至支柱中心线的水平距离（m）。

31、：接触线的风负载（n/m）。：接触线的“之”字力（n）。：接触线至地面的高度。：接触线下锚力（n）。：承力索的风负载。（n/m）。：承力索的“之”字力（n）。：承力索至地面高度（m）。：支柱地面以上本身承受的风负载（n）。：支柱地面以上的高度（m）。：承力索下锚力（n）。a.风负载支柱本身的风负载可由下式计算： 式中，f为支柱受风面积；k为体型系数；接触网悬挂线索的风负载可由下式计算： 式中 ：线索所受的实际风负载（kn）； ：风速不均匀系数； ：风负载体型系数； ：线索的直径（mm）； ：接触悬挂跨距（m）； ：设计计算风速（m/s）； ：风向与线路方向的夹角。风速不均匀系数和风负载体型系数

32、分别参见表1.5.2表1.5.3。 风速不均匀系数 计算风速（m/s）20以下2030313535以上a1.000.850.750.70风负载体型系数受风件特征k支柱圆形钢筋混凝土支柱0.60矩形钢筋混凝土支柱1.40四边形角钢支柱1.4（1+）线索链形悬挂1.25一般悬挂d17mm1.2017mm1.10注：*表示再覆冰时，虽然d17mm,但k仍取1.2。b.非绝缘转换柱的下锚力非绝缘转换柱立于曲线外侧时下锚力的计算方法：锚柱立在曲外并与相邻转换柱同侧时： 锚柱立在曲内并与相邻转换柱异侧时： 非绝缘转换柱立于曲线内侧时下锚力的计算方法：锚柱立在曲内并与相邻转换柱同侧时： 锚柱立在曲内并与相邻

33、转换柱异侧时： 式中，t为下锚支线索的张力（n），l为下锚支所在跨距值（m）,r为曲线半径（m）。c.接触线“之”字力可由下式计算： 式中，为接触线“之”字值（m），t为接触线张力（n）。1支柱容量垂直线路方向腕臂力及弯矩腕臂垂直负载腕臂水平负载垂直负载产生弯矩水平负载产生弯矩gw(kn)pw(kn)mgw(kn·m)mpw(kn·m) 计算简图顺线路方向柱顶水平力、冲击力、水平风荷载及弯矩柱顶水平力p1(kn)悬挂断线时的冲击力水平风荷载柱顶水平力产生弯矩断线冲击力产生弯矩水平风荷载产生弯矩p2(kn)wk(kn/)mp1(kn·m)mp2(kn·m)

34、mwk(kn·m)计算简图确定容量 y my b x mx a 支柱容量(kn·m)3 支柱强度、稳定及变形验算 1 方案确定 方案 1：依据电气化铁道设计手册一接触网钢柱的设计原则，格构式钢柱的高度宜为底面受力方向宽度的1014倍，因为柱 高 h=12m，柱受力方向宽度宜为 8571200mm，所以初步选定格构式钢柱底面尺寸取值 b=860m，设计的构件受力合理、经济 初选支柱a×b=600×860(mm)，主角钢采用l63×6(mm×mm)，缀条采用 l45×5(mm×mm) 方案 2：因为桥支柱 和避车台合用

35、桥墩台，桥墩上预留牛腿尺寸有限 ，在顺线路方向桥支柱尺寸受限制，根据牛腿面实际可利用的位置，推出方案2，经过构造加强处理 ，可以满足受力的需要，但受力不尽合理 初选支柱a×b=600×500(mm)，主角钢采用 l90×7(mm×mm)，缀条采用 l45×5(mm×mm) 方案 3：因为预留牛腿尺寸的限制，在顺线路方向格构式钢柱设计加宽很困难，支柱主受力方向与支柱截面设计方向不一致，推出方案3 ·初选直径300一450(mm)的圆锥形钢管柱，壁厚t(mm) 2分别对三个方案的强度、稳定及刚度分析如下 强度验算： 整体稳定验算

36、： 挠度验算：式中： 、：分别对轴力、绕 x轴和绕 y轴的弯矩； 、：构件净截面面积、毛截面积 ； 、：对 x轴和 y轴的净截面模量； 、：对 x轴较大受y压翼缘和轴的毛截面模量； 、：构件两主轴方向弯矩作用平面内外的等效弯矩系数； 、：截面塑性发展系数； 、：对 x轴和 y轴的轴心受压构件稳定系数； 、：均匀弯曲的受弯构件整体稳定； 、：参数； ：钢材的抗弯强度设计值；4.结论 通过计算分析，格构式钢柱 600×800 l63×6的挠度控制指标最好，直径300450的圆锥形钢管柱的强度控制指标最好 因牛腿尺寸限制 ，格构式钢柱 600× 800一l63×

37、;6不可行采用变截面钢管柱， 截面小 ，满足预留的牛腿尺寸上柱脚的设计要求，力系传递简洁流畅，稳定性高与格构式钢柱 600×500一l90×7相比，在满足相同的应力情况下，变形、稳定性方面都胜出一筹，仅柱身而言，用钢量持平，综合造价略高少许与等径钢管柱相比，在满足 截面应力和变形的条件下 ，优化了钢管柱的设计，节省了大量钢材直径中300450 的圆锥形钢管柱施工误差小，制造简单，质量易保证，外形美观，经过技术、经济、稳 定、美观等综合 比较，选用方案 3：采用直径300450的圆锥形钢管柱3.2新型斜拉式硬横跨的力学性能分析采用斜拉式连续硬横跨荷载变小,前文已经对斜拉式硬横

38、跨作了介绍，本文仅就作用在一、二站台上的硬横跨(普通硬横跨与斜拉式连续硬横跨)具体作一比较。计算时应将各种工况下的荷载组合全部计算,然后进行设计。根据计算结果,计算整个梁的强度、刚度、每个节点应力;同时从计算结果图(后处理)中可查出每个节点的位移。下文表1、表2的计算数据是根据以下计算条件得出的;a.计算跨距48m,导线高度6.45m,结构高度1.3m,设计风速30m/s,表中数据为垂直线路风时的结果。b.表1、表2中有剪力为硬横跨面内(垂直线路方向)的剪力,普通硬横跨及斜拉式连续硬横跨面外剪力相差不大,本文没有列出。下图(图1:普通硬横跨度矩及变形示意图)为普通硬横跨在一、二站台雨棚上垂直线

39、路风时,硬横跨各点的弯矩及位移示意图(图中单位为:kg-cm):下图(图2:斜拉式连续硬横跨弯矩及变形示意图)为斜拉式硬横跨在垂直线路风时,硬横跨的梁、柱、斜拉杆各处的弯矩及变形示意图(图中单位为:kg-cm):表1普通硬横跨各点荷载值荷载 左柱横梁右柱柱底柱顶左端间跨中右端头柱底柱顶弯矩（kn·m） 1.7449.949.940.242.711.742.7轴力（kn） 14.614.614.636.938.810.210.2剪力（kn）34.434.534.54.58.638.938.8表2斜拉式连续硬横跨各点荷载值(连接一、二站台雨棚)荷载左柱横梁右柱柱底柱顶左端间跨中右端头柱底

40、柱顶弯矩（kn-m） 0 12.2 8.9 18.77.8 0 1.7 轴力（kn） 26.7 26.7 10.7 11.4 11.922.3 22.3剪力（kn）8.6 8.7 2.59 4.78 1.51 1.31 1.2图1普通硬横跨的安装示意图图2斜拉式连续硬横跨变矩及变形示意图由以上两表(表1、表2)的数据可以看出,在相同悬挂的情况下,普通硬横跨支柱的最大弯矩、面内剪力是斜拉式连续硬横跨支柱的4倍,普通硬横跨与斜拉式连续硬横跨横梁的弯矩之比约为:梁端头为51、梁跨中为21,斜拉式连续硬横跨支柱所受的垂直荷载较大,约为普通硬横跨的两倍。由此可看出,斜拉式连续硬横跨整跨受力比较均匀,在设

41、计时可节省硬横跨本身所用材料（前文以对其作了整体造价对比）。4.硬横跨施工作业流程4.1施工流程图由于硬横跨横梁安装过程较为复杂，施工难度比较大，其安装特点主要表现如表41所示。表41 安装特点序号安装特点具体表现备注1硬横梁跨度长横梁的预配需占用大面积的场地。汽车无法运输，需采用两组以上的轨道平板。横梁一般长2030m2硬衡量重量达横梁起吊、安装及横梁的调整均需采用大功率的轨道吊车进行作业3施工期间对运输干扰大硬横梁安装须垂直停电点并封锁整个车站4施工过程复杂且难度大硬横跨基础定测、开挖与浇注精度要求高。支柱整正较为困难。横梁测量及制造长度要求相当精确。横梁安装过程复杂。5施工标准高硬横梁支

42、柱基础标高控制、硬横梁支柱安装、横梁预配、横梁吊装、横梁调整等每道施工工序都具有相当高的要求。流程图：横梁测量及制造支柱立杆整正硬横跨基础施工横梁预配及组装横梁运输到位横梁安装路基恢复支柱加固横梁调整到位基础帽制作4.2硬横跨施工1.硬横跨基础施工测量定位基坑开挖及浇注配合比实验2支柱立杆整正1选用对应型号的硬横跨支柱，用轨道吊车进行机械立杆作业，待支柱基本上直立后临时用三角木楔加固处理，支柱任何部分不得侵入基本建筑限界。2整正并加固一侧硬横跨支柱。 环形等径支柱整正方法如下：a.利用两台经纬仪和钢卷尺进行整正；同时配合三角木楔的调整对支柱的限界和倾斜度进行微调，并对支柱的侧面限界进行校验。b

43、.待支柱的倾斜度、侧面限界符合设计要求后，将整正好的硬横跨支柱基础一侧进行灌注，用c20级细石混凝土填充支柱与基础的间隙，每灌注300mm厚的混凝土震动捣固一次，直至混凝土表面开始冒浆，第一次填充到木塞底部时停止灌注，然后间隔24小时后拆除木楔，进行二次灌注（第二次灌注24小时后，在杯口的周围堆放土或沙子200300mm厚，浇水次数以保持土或沙子表面湿润为原则）。钢柱宜采用无垫片施工工艺。3整正另一侧硬横跨支柱用以上同样的整正方法对另一侧硬横跨支柱进行整正，完毕后用木楔临时加固，并采取支柱基础过渡期防护措施。3.横梁测量及制造为确保横梁制造的精确度，施工单位应联合制造厂家共同对横梁跨长进行测量

44、。建议测量方法如下：1 利用红外线测距仪进行测量。2 由厂家按测量数值加工横梁，精确至厘米。4.横梁工厂预配 1横梁预配采用吊车起吊，螺栓紧固采用力矩扳手并配用梅花扳手。按设计给定的长度及横梁的编号线将中梁与两个端梁组装好。组装时应将三段梁标柱硬横梁长度的铭牌放在同侧，各段横梁之间的螺栓应从支柱侧向线路侧穿。将横梁与支柱连接所用的抱箍首先与横梁连接好，每根支柱的抱箍只连接下弦梁一面即半片抱箍，两根支柱的与横梁事先连接的4片抱箍不能放在同一侧。3横梁预配完毕后，即使复核横梁及支柱间长度，及时标明对应安装杆号、长度。测量组装好的横梁长度，复核与横梁铭牌上的长度是否一致。测量两支柱间横梁安装出的长度

45、，复核是否与横梁实际长度一致，若不一致计算出差值。根据横梁长度的差值，调整未浇注支柱的位置，使支柱间横梁安装位置处长度与横梁长度一致。2硬横跨紧固力矩标准如表42所示。表42 硬横跨紧固力标注序号机械性能等级螺栓规格紧固力矩（n·m）螺栓应用部位14.8m1088yhk-h型、lyhk-h型硬横跨梁柱连接24.8m18122yhk-j型、lyhk-j型硬横跨梁柱连接34.8n22235yhk-j型、lyhk-j型硬横跨梁柱连接48.8m20345yhk-g型、lyhk-g型硬横跨梁柱、梁段连接58.8m24596yhk-h型、lyhk-h型硬横跨梁段连接yhk-j型、lyhk-j型硬

46、横跨梁段连接5.横梁运输到位 1横梁平吊到轨道平板上，平板上平铺垫木，垫木应置于统一平板上，并用绳索牢固捆绑横梁，横梁不得重叠装置。 2横梁运输过程中，应保持稳定速度。转弯或经过道岔时，应减缓运行速度。6.横梁安装 1在硬横梁支柱上事先标注横梁安装位置（用红油漆标明横梁上下弦干安装位置），并在下弦杆位置安装临时固定托架（临时托架的槽钢上沿应与横梁下弦高度一致，且槽钢应顺线路，临时托架下至少安装两套正式抱箍，必须保证托架受力后横梁不会下滑）。 2施工封锁点内，硬横梁装载安列运输到位。安列应停靠在距硬横梁支柱约57m处，吊车及时将支腿进行稳固。 3分别在距横梁13处装好两根吊装用尼龙套子，且在横梁

47、的位置应对称，并用吊车进行试吊，以保证横梁起吊后水平。同时在横梁两端安装晃绳，以平衡固定横梁。 4垂直点兑现后，吊车缓慢起吊横梁，起吊过程中，用晃绳调整横梁方向，以及控制水平和稳定性。5横梁起吊过杆顶200300mm后，地面配合人员在地面拉动晃绳，使横梁两端抱箍分别对准支柱。缓慢下降横梁，支柱对准横梁正中，使横梁抱箍由支柱顶套入，待横梁下落到临时托架后，吊车仍悬空固定横梁1分钟后，确认临时抱箍无滑动后，方可卸载，摘除吊车套子，如图43所示。图43 起吊硬横梁7横梁调整到位横梁置放在临时托架位置处，安装抱箍作业可在停电点外进行。将抱箍由弦杆和支柱的间隙中穿入，对孔：抱箍与弦杆相对应的孔对准后用定位销钉临时固定，采用撬杠、木楔等工具，将孔位逐个对准。孔位对准一个，则用定位销钉销一个，先对抱箍与弦杆的孔位，后对两抱箍的联结孔位。将所有联结孔位对准后，逐一地换上正式连接螺栓，带上螺母后紧固。然后将双头调节杆紧固。8支柱加固 1用c20细石混凝土填充基础与硬横跨支柱间空隙，并分层震捣混凝土。混凝土强度达到设计要求后，撤除支柱上临时固定托架。 2基础位于路堤地段时，应按照施工图进行培土和加固防护。9路基恢复硬横梁安