鋼柱為什么倒下

郭福強

【摘要】本文通過對12.29事故L2#、L1#鋼柱、蓮東的七組雙線路腕臂鋼柱的受力分析、計算，說明了12.29事故L2#倒下的原因。

【關(guān)鍵詞】鋼柱為什么倒下

2012年12月29日，某段剛立上30余天的L2#鋼柱在大風中倒下，砸到了正在通過的某次客車，造成了國內(nèi)鮮見的接觸網(wǎng)鋼柱傾倒事故。L2#鋼柱為什么時候會倒？與其負載完全相同的L1#鋼柱為什么不倒？到底出了那些錯誤，才最終導致L2#鋼柱的倒下？讓我們來認真的分析一下吧。

1、L2#鋼柱的倒下

1.1 現(xiàn)場簡介

因為公路下穿鐵路，要頂進2孔60米的箱式橋，采用預先在橋頂進方向立兩個雙線路腕臂柱的方式，進行施工期間的上、下行接觸網(wǎng)過渡。

談一談GX型鋼柱，GX-整體的軟橫跨鋼柱，當時我國還沒有15米以上的熱鍍鋅槽，采用兩段式分段熱鍍鋅，然后焊接，焊接部位熱噴鋅補鋅，這種生產(chǎn)工藝是90年代后期到07年的生產(chǎn)方式，這不是某種特殊用途的鋼柱。其性能完全等同于現(xiàn)行的國際軟橫跨型G型格構(gòu)鋼柱。

1.2 現(xiàn)場兩個鋼柱型號

L2#鋼柱采用的型號是GX250/13；L1#鋼柱采用的型號是GS250/13，由此我們知道，L2#鋼柱選用的型號明顯是錯了！應當用GS250/13型！

選錯了型號就一定會出事嗎？蓮東的七組雙線路腕臂為什么從95年一直用到04年，為什么不出事？

2、L2#鋼柱的負荷計算

2.1 L2#鋼柱與L1#鋼柱的負荷

負荷示意圖：

2.2 負荷計算

考慮的負荷：吊柱自重（150）、雙線路腕臂自重（450）、懸掛自重（210）、支撐裝置自重（190）

2.3 總負荷和總負荷產(chǎn)生的水平力

吊柱自重產(chǎn)生的水平力：F1=11.5*150/4.2=410.7KG

支撐裝置自重產(chǎn)生的水平力：F2=10*190/4.2=452KG

懸掛自重產(chǎn)生的水平力：F3=8.5*210/4.2=425KG

雙線路腕臂自重產(chǎn)生的水平力：F4=6.5*450/4.2=696.42KG

合計作用在雙線路腕臂上的水平力為1984KG，也就是說拉桿的水平拉力為1984KG。

2.4 支柱負荷

該支柱在此處能承受的水平力為250KN*M/13M=19.23KN，由此我們看到基本負荷已經(jīng)超出了支柱的額定負荷！

2.5 雙線路腕臂主角鋼負荷

核算這個長1.25米的L63*5的角鋼的受力：

該角鋼能夠的額定負荷：2*235*（63*63*5+5*5*58）/625=16013.84（N）該角鋼能夠的極限力：2*380*（63*63*5+5*5*58）/625=25894.72（N）

2.6 L2柱主角鋼超額定負荷

從前面計算，我們可以清楚的看到：因為沒有超過主角鋼的極限負載，當時所有負荷也“順利”的進行了加載，也證明了在靜態(tài)時支柱是是能夠承受的！但是，接觸網(wǎng)是處在室外的，還有風、冰、震動等負荷我們沒有考慮，特別是震動、風擺等，在受到這些綜合力長時間作用的情況下（主要是產(chǎn)生的扭力），風、震動、扭動力的作用下，對兩個主角鋼的作用，是一個加大，另一個減少，這樣，雙線路腕臂的負荷在極端情況下幾乎是全加在一個主角鋼上了，通過前面的計算，我們知道：這時主角鋼已經(jīng)超過了額定負荷！經(jīng)過反復扭動、沖擊，在12.29現(xiàn)場7級大風面前，L2鋼柱真正是疲勞了！

3、L1#鋼柱為什么不倒下

L1#鋼柱的安裝結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場情況和L2#鋼柱完全一樣，不一樣的是L1#鋼柱采用的型號是GS250/13，一個S和X的不同造成了兩個不同的結(jié)果！下面我們也來分析一下吧。

3.1 L1#鋼柱的負荷

無疑，從前面的計算我們知道：L1#鋼柱的負荷也是超過了額定負荷！其負荷也是雙線路腕臂上的水平力為1984KG，拉桿的水平拉力為1984KG

3.2 L1#鋼柱主角鋼的額定負荷

但GS250/13鋼柱在雙線路腕臂底座處的主角鋼是L80*80*8的！

該角鋼能夠的額定負荷：2*235*（80*80*8+8*8*72）/625=41967.616（N）

該角鋼能夠的極限力：2*380*（80*80*8+8*8*72）/625=67862.528（N）

3.2 L1#鋼柱的結(jié)論

由此可知，雖然L1#柱受力超過了鋼柱額定負荷，但其主角鋼的受力沒有超過主角鋼的額定負荷，它的一個主角鋼就能承受雙線路腕臂兩倍的負荷！所以L1#鋼柱在風中依靠安全系數(shù)的支撐下渡過了12.29，而它的同伴L2#在強風的威嚇聲中低下了頭。

4、蓮東的七組雙線路腕臂柱

4.1 焦枝線蓮東車站的七組雙線路腕臂

在候月線電氣化開通時，在太行山山口處的焦枝線蓮東車站有七組雙線路腕臂，采用的支柱型號為G25/15（單位：噸/米），開通前就發(fā)現(xiàn)，因為沒有采用雙線路腕臂鋼柱，鋼柱局部有變形！安全風險著實令人擔憂，其安裝結(jié)構(gòu)如下圖所示：

4.2 蓮東鋼柱與L2#鋼柱的比較

從上表，我們可以清楚的看出：

4.2.1 蓮東柱比L2柱雙線路腕臂的受力結(jié)構(gòu)要好的多，（蓮東柱高、且雙線路腕臂安裝的低，雙線路腕臂也短）。

4.2.2 蓮東柱比L2柱懸掛的負荷要輕的多：幾乎沒有支持裝置、還有一支懸掛在近支柱側(cè)、折算到受力三角形上就只有原來的3.5/9的負荷了。

4.2.3 蓮東柱比L2柱雙線路腕臂重量要輕：蓮東柱是雙63型槽鋼，L2柱是400*400*5的方管鋼。

4.2.4 蓮東雙線路腕臂后有5支懸掛的軟橫跨，提供了近610公斤的水平拉力，這個拉力和雙線路腕臂的水平力方向相反，抵消了很多負荷，L2柱什么也沒有，應當說加個拉線受力情況會好很多！

4.2.5 蓮東處于太行山的風口處最大12級風，比L2柱處的7級大風要強勁的多。

5、結(jié)論

5.1 蓮東的七組雙線路腕臂，從95年安全運營到04年，是有認真、充分的計算、分析確定的，其負荷是在額定負荷以內(nèi)的，局部主角鋼型號也在額定負荷以內(nèi)，只是鋼柱型號不對，雙線路腕臂型鋼柱，主角鋼對雙線路腕臂的震動、扭動抵抗力不足，造成了局部變形。多年的實踐證明，對鋼柱進行局部加強措施以后，是安全可靠的。

5.2 還有一點要說的是蓮東雙線路腕臂與鋼柱是軟連接（單、雙耳連接方式），連接的緩沖空間較大，在風、震、扭動力的作用下有一定的緩沖作用；而L2柱是硬連接，在風、震、扭動力的作用下，對兩個主角鋼的作用力，是直接的一加一減，瞬時的沖擊扭力無緩沖，這對鋼柱主角鋼的受力非常不利。

5.3 L2號鋼柱出事是必然的，最大的錯無疑是鋼柱型號的錯！其次是一系列的加重負荷的結(jié)構(gòu)，如：可以近端定位的而用成了遠端定位；支柱基礎沒有增高；雙線路腕臂沒有降低；拉桿本應當直接裝在橫向承力索安裝孔，而用外了包式底座；本可以直接在雙線路腕臂上進行懸掛，而采用了立柱懸掛方……等等。

5.4 L1號鋼柱沒有出事是幸運的，但其中也有必然的因素，畢竟L1#鋼柱的負荷是超過了額定負荷！但GS就是專門用于雙線路腕臂的鋼柱，其主角鋼是比G型鋼柱大多了！

參考文獻

[1]電氣化鐵道接觸網(wǎng)零部件標準[M].TB/T2075.

[2]郭富強.《淺談接觸網(wǎng)站場改造及過渡工程施工》[J].西鐵科技，2000（2）：27-31.

[3]郭富強.《淺淡接觸網(wǎng)鋼柱基礎》[J].西鐵科技，2003（2）15-16.