三腕臂支柱懸掛的設計和維護研究

區(qū) 桂 華

(中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，天津　300250)

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三腕臂支柱懸掛的設計和維護研究

區(qū) 桂 華

(中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，天津300250)

介紹了三腕臂支柱懸掛設計的方法，闡述了三腕臂懸掛方式的絕緣子更換檢修時常見的問題，并通過力學性能及接觸網支柱破壞原因的分析，得出了三腕臂接觸網更換絕緣子的正確方法。

接觸網支柱，三腕臂支柱，絕緣子，力學性能

0　引言

隨著我國經濟的飛速發(fā)展，鐵路行業(yè)也不斷發(fā)展?，F在的主流鐵路——高速鐵路，成為當代社會的主流，其具有高速度、高穩(wěn)定性、低噪聲、高舒適性等的優(yōu)點，其他國家也逐漸開始使用高速鐵路。在鋪設高速鐵路時難免會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布置也越來越復雜，同樣交叉線路對接觸網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)增加一跨后再進行下錨，從而使得在道岔處需采用三腕臂接觸網進行架設。而在車站處，為增加車站的美觀和整體協(xié)調性，在對既有線路進行改造時一般均采用單根腕臂柱上懸掛三支接觸網的形式進行架設。我國近年來建成的客貨共線鐵路中，采用橫腹桿預應力混凝土支柱的形式較多，這種支柱的優(yōu)點是耐腐蝕性高、造價低，因此被廣泛推廣使用[1-4]。

接觸網支柱安裝完成后，為確保鐵路達到正常運營狀態(tài)，相關部門需定期或不定期對支柱上的零件或部件進行緊固和更換，但由于單支柱同時懸掛三腕臂接觸網的特殊性，導致在進行維修時采用的維修方法不當[5]，接觸網支柱出現扭曲和破損等危險現象。因此本文以某橫腹桿式預制混凝土單支柱同時懸掛三腕臂接觸網更換腕臂絕緣子為例，通過對其設計和力學性能進行分析，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　設計分析

在橫腹桿式預制混凝土單支柱同時懸掛三腕臂接觸網平面設計中，一般包括兩種設計方案：

1)一個工作支+兩個非工作支；

2)一個道岔柱+一個非工作支。

接觸網支柱的承載能力一般是根據懸掛接觸網和所附加的導線的自重及外加荷載進行計算，之后再根據相關標準、規(guī)范對支柱的參數和類型進行選擇。本文即以某線路為案例，對其平面布置設計和支柱懸掛情況進行受力分析。

1.1支柱中接觸網懸掛情況

本接觸網采用全補償簡單鏈型懸掛系統(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)。接觸網支柱示意圖如圖1所示，其中6號站線為三腕臂懸掛接觸網支柱，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支柱彎矩允許值計算

不同荷載下接觸網支柱的彎矩容許值計算結果如表1所示。

表1　支柱彎矩允許值計算表 kN·m

1.3接觸網支柱類型的選擇

接觸網支柱的類型選擇依據TB/T 2286—2003電氣化鐵道橫腹桿式預應力混凝土支柱[6]的相關規(guī)定進行選擇。根據表1中的結果，選擇第一種荷載組合情況，此時支柱荷載最大，接觸網支柱的容量定為49.06 kN·m，支座類型選為H78型。

2　絕緣子檢修

在進行檢修時為確保下方鐵路運輸不受影響，采用傳統(tǒng)的更換方式可對普通的腕臂絕緣子進行更換，但對既有線路中三腕臂懸掛方式的絕緣子進行更換的案例還較少，因此對三腕臂懸掛方式的絕緣子的更換方法進行研究極為必要。

在實際施工時，為達到簡單、快捷、經濟的效果，傳統(tǒng)的更換方法是采用手扳葫蘆進行更換，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，重新安裝復位；

4)卸除手扳葫蘆，結束。

在對懸掛三腕臂單腹桿支進行更換時，若采用上述常規(guī)方法，容易導致支柱產生扭曲、破損甚至斷裂，從而導致支柱失效不能繼續(xù)使用，或導致更嚴重的事故，因此應研究出一種新型可靠的施工方法對其絕緣子進行更換。

3　單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子新式更換方法

盡管目前對三腕臂懸掛方式的絕緣子更換案例較少，但根據僅有的更換方法進行總結，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，再緊固其他零件，最后拆除所有安裝工具；

2)采用專業(yè)的接觸網安裝液壓平臺進行更換和安裝。

上述更換方法為對腕臂進行支護的方法，其他具體施工方法同上節(jié)所述。

在進行更換時由于不能影響列車運營，因此更換和安裝時間緊迫，檢修時僅能采用臨時的搶修措施進行更換和安裝，這些因素均不能在接觸網最初設計時進行考慮，因此導致檢修后接觸網易出現各類事故。因此在對三腕臂懸掛方式的絕緣子進行檢修時，檢修人員應根據相關設計圖紙和運營部門及時溝通聯(lián)系，盡量避免檢修后接觸網出現事故。

4　三腕臂懸掛方式的絕緣子力學分析

4.1力學性能分析

結合施工現場情況，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。對單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子更換施工示意圖進行力學模型簡化后，得到力學簡化模型圖，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支柱產生附加拉力T=T′。其中Q=導線自重+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人時計算，并且手扳葫蘆的自重荷載通常為0.8 kN，因此總計為2.2 kN。

附加拉力T=T′=Q/sinβ=13.5 kN，圖5中的D點處產生的水平分力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)附加彎矩計算。

通過上述計算得到，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 TB/T 2286—2003電氣化鐵道橫腹桿式預應力混凝土支柱中的H78支柱承受雙向荷載情況規(guī)定：

1)當接觸網支柱的線路垂直方向彎矩達到73 kN·m時，其水平方向彎矩僅能達到8 kN·m；

2)當接觸網支柱僅承受水平方向彎矩時，其承受的最大彎矩為18 kN·m。

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

1)在接觸網支柱的線路垂直方向產生了55.66 kN·m附加彎矩；2)在接觸網支柱的線路水平方向產生了34.9 kN·m附加彎矩，已經超過了規(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，也已經超過了規(guī)范中所規(guī)定的數值。

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

5　結語

根據上述分析得到，在對單支柱三腕臂懸掛方式的絕緣子進行維修或更換時，采用常規(guī)的更換方法會導致接觸網支柱產生附加彎矩和扭矩，增大了接觸網支柱的損壞幾率。在進行施工時，人為的增加接觸網支柱的荷載，當其荷載超過規(guī)范限值時，會導致支柱內產生裂紋、鋼筋斷裂或支柱倒塌等事故，影響列車運營。因此在進行設計和維護時應遵循以下原則：

1)在接觸網初步設計時盡量避免出現單支柱三腕臂，避免出現這種受荷最不利狀態(tài)。若設計時必須采用這種設計，應對這種單支柱進行充分力學性能分析，將單支柱的各方向承載力和扭矩均進行計算并滿足相應規(guī)范要求，優(yōu)化布置接觸網的平面布置，盡量使接觸網支柱的各方向受力均衡；

2)在對接觸網支柱上的配件等進行檢修或更換時，應首先對支柱受力情況進行計算并分析，若計算后得到的計算結果高于相應規(guī)范要求時，應采取相應的加固措施進行加固處理，以避免接觸網支柱產生裂縫、扭曲或倒塌事故，影響列車的運營。

[1]何勇.接觸網支柱折斷故障搶修引起的幾點思考[J].上海鐵道科技,2015(1):57-59.

[2]朱挺.基于接觸網支柱號在線智能識別定位技術研究[J].上海鐵道科技,2015(1):24-25.

[3]黃鑫.高速電氣化鐵路接觸網支柱選型研究[J].中國西部科技,2014(1):42，46.

[4]劉愛賓,張祿.接觸網支柱的選用[J].科技視界,2014(28):171.

[5]張晨陽,蘆燕.H型鋼接觸網支柱在風荷載作用下的疲勞性能分析[J].鐵道標準設計,2016(6):117-120.

[6]TB/T 2286—2003,電氣化鐵道橫腹桿式預應力混凝土支柱[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，高級工程師

U225

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