硬橫跨的設(shè)計(jì)和安裝

蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕11前 言1879年5月,世界上第一條電氣化鐵路在德國(guó)柏林建成。此后，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展德國(guó)等國(guó)家已成為電氣化鐵路為主的鐵路運(yùn)輸業(yè)，大局部貨運(yùn)量是由電氣鐵路完成的。208016.51335％。一些以電氣化鐵路為主的1/3完成鐵路總運(yùn)量的3/4左右。中國(guó)于1961年建成第一條電氣化鐵路——寶成鐵路的寶雞至鳳州段。在過(guò)去的這幾十年中，我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)有了快速的進(jìn)展，取得了巨大202334.6%(約占國(guó)家鐵路營(yíng)業(yè)里程的68.9%，電氣化鐵路擔(dān)當(dāng)?shù)目拓涍\(yùn)量將占鐵路總65%140～160京沈、廣深、京津、滬杭、長(zhǎng)衡等快速客運(yùn)專線的旅客列車運(yùn)行速度將到達(dá)每小時(shí)2004000～50001指標(biāo)，如輸送力量和通過(guò)力量、列車運(yùn)行速度和列車平均總重量、電力機(jī)車的日車公里和日產(chǎn)量等都進(jìn)入世界先進(jìn)展列。有的優(yōu)越性是能源節(jié)約，其熱效率可達(dá)20%～26%；運(yùn)輸力量大，功率大，可使?fàn)恳旊娋€路。其由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與根底幾局部組成。為了把導(dǎo)線懸掛到支柱并固定在肯定位置上，必需有一套中間裝置，這就是所謂的支持裝置。支持裝置包括腕臂、軟橫跨和硬橫跨。本設(shè)計(jì)除了涉及到接觸網(wǎng)的其他學(xué)問(wèn)外，重點(diǎn)介紹作為接觸懸掛支持構(gòu)造之一的硬橫跨。硬橫跨是電氣化鐵路進(jìn)展初期，歐洲國(guó)家就有較廣泛的應(yīng)用，他的優(yōu)點(diǎn)是形式單一、構(gòu)造簡(jiǎn)潔、便于機(jī)械化施工。后來(lái)，硬橫跨又漸漸所以，在國(guó)外，如法國(guó)、瑞士、日本等國(guó)家，硬橫跨又被重廣泛地承受。硬橫跨的形式硬橫跨的根本形式的。〔吊柱本體承受雙槽鋼焊接〕的門型硬1—11—21—11—2網(wǎng)受流，因而又具有磨耗小、可降低離線率等一系列優(yōu)點(diǎn)。型斜拉式硬橫跨跨。斜拉式硬橫跨的形式斜拉式連續(xù)硬橫跨,分為兩種類型:一種為一般斜拉式連續(xù)硬橫跨,另一種為大跨度500mm764m300mm鋼柱。一般斜拉式連續(xù)硬橫跨的安裝示意圖1:“一般斜拉式連續(xù)硬橫跨的安裝示意600mm102300mm2:“大跨度斜拉式連續(xù)硬橫跨的安裝示意圖”。圖1 一般斜拉式連續(xù)硬橫跨的安裝示意圖圖2 大跨度斜拉式連續(xù)硬橫跨的安裝示意圖﹙1﹚質(zhì)量保證體系,以保證工廠分段制造,現(xiàn)場(chǎng)順當(dāng)安裝。斜拉式連續(xù)硬橫跨,具有以下特點(diǎn):17～28m,個(gè)別地方的單跨跨度38m,60m。斜拉式連續(xù)硬橫跨與一般便橫跨相比,受力更均勻,內(nèi)力分布合理,更能充分利用材料。既能滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求、又做到經(jīng)濟(jì)、合理、適用、美觀。觸懸掛的穩(wěn)定性,削減受電弓的離線率,便于接觸懸掛調(diào)整,削減修理工作量,節(jié)約修理費(fèi)用,同時(shí)還具有以下優(yōu)點(diǎn):〈1〉與承受抱箍型式連接的硬橫跨相比,制造精度與安裝誤差要求較低,更便于工廠加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝?！?〉構(gòu)造型式簡(jiǎn)潔輕松,改善了電氣化鐵路尤其是車站的面貌?！?〉斜拉式連續(xù)硬橫跨由于斜拉桿的作用,大大削減了梁自重產(chǎn)生的彎矩,梁截面尺寸小,因此節(jié)約了鋼材?！?〉斜拉式連續(xù)硬橫跨支柱柱底的彎矩小,如硬橫跨與雨棚合架,對(duì)雨棚的作用荷載小,可大大削減雨棚的土建投資或雨棚的加固費(fèi)用。硬橫跨構(gòu)造與根底選用選用說(shuō)明面硬橫跨〔角鋼硬橫跨〕和鋼管構(gòu)造式三角斷面硬橫梁〔鋼管硬橫梁。通過(guò)吊柱安裝過(guò)法蘭連接。角鋼構(gòu)造硬橫跨的支柱承受環(huán)形等徑預(yù)應(yīng)力混凝土支柱〔25mm下〕或與橫梁構(gòu)造一樣的角鋼支柱〔跨度25～40m25m跨，鋼管構(gòu)造硬橫跨支柱承受環(huán)形等徑截面鋼管柱。鋼管構(gòu)造硬橫跨主要用于車站風(fēng)雨棚范圍內(nèi)，其余地點(diǎn)一般承受角鋼構(gòu)造硬橫跨。2．1.1凝土支柱的角鋼硬橫跨表示為：YHK-H-“L”；承受角鋼支柱的角鋼硬橫跨表示為：YHK-J-“L”；承受鋼管硬橫跨表示為： H、J、GL〔m硬橫跨制造時(shí)，橫梁長(zhǎng)度應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)跨距值確定。2—1YHK-H-25號(hào)的硬橫跨質(zhì)量為一根橫梁和兩根支柱的質(zhì)量，以上均為含吊柱的質(zhì)量。2—1硬橫跨跨度及支柱高度硬橫跨構(gòu)造形式規(guī)格型號(hào)橫梁跨度〔m〕支柱高度〔m〕硬橫跨質(zhì)量〔kg〕YHK-H-20208.2～10.41400YHK-H-25251750角鋼構(gòu)造YHK-J-30308.4～10.63440～3800YHK-J-35358.6～10.84780～5200YHK-J-40405230～5650鋼管構(gòu)造YHK-G-20208.2～10.43080～3470YHK-G-25253480～38702.21.角鋼硬橫跨選擇﹙1﹚L=20～25m①橫梁橫斷面尺寸為500mm×600mm。400mm.支柱高度依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況選用。①根底選取如表2—22—2根底選用地基承載﹢50﹢100﹢150﹢200﹢250力〔kPa〕﹣50﹣100﹣150﹣200﹣250根底型號(hào)YJ-1YJ-2YJ-3YJ-4YJ-5﹙2﹚L=25.1～30m①橫梁橫截面尺寸為800mm×800mm。〔GY〕GY1-H,GY2-HH〔m2—32—3支柱型號(hào)選用〔m〕工程安裝地點(diǎn)區(qū)間站臺(tái)外 站臺(tái)內(nèi)貨物站臺(tái)軌地高差﹣1.04﹣0.8 +0.5+1.1支柱高度10.5910.35 9.058.45根底外露高度0.20.2 0.10.1主角鋼選用如表2—4所示。柱型主角鋼GY1-HL100×7柱型主角鋼GY1-HL100×7GY2-HL110×8〔底部：800mm×800mm，頂端：800mm×800mm〕,2—5地基承載力〔kPa〕﹣50﹣100地基承載力〔kPa〕﹣50﹣100﹣150﹣200﹢50﹢100﹢150﹢200根底型號(hào)YJ-6YJ-7YJ-8YJ-9YJ-11YJ-12YJ-13YJ-14﹙3﹚L=30.1～40m①橫梁橫截面尺寸800mm×1000mm。支柱型號(hào)：HY3-H,HY4-H。其中H表示支柱高度〔m〕,如表2—6所示。2—6支柱型號(hào)選用工程安裝地點(diǎn)區(qū)間站臺(tái)外站臺(tái)內(nèi)貨物站臺(tái)軌地高差〔m〕﹣1.04﹣0.8+0.5+1.1支柱高度〔m〕10.7910.559.258.65根底外露高度(m)0.20.20.10.1柱型主角鋼HY3-HL100×8GY4-HL110×10表柱型主角鋼HY3-HL100×8GY4-HL110×10跨距柱型30.1～36mGY3-H跨距柱型30.1～36mGY3-H36.1～40mGY4-H③根底選取〔底部：底部：800mm×800mm，頂端800mm×800mm，如表2—9所示表2—9 根底選用地基承載力〔kPa〕地基承載力〔kPa〕﹣50﹣100﹣150﹣200﹢50﹢100﹢150﹢200根底型號(hào)YJ-15YJ-16YJ-17YJ-18YJ-20YJ-21YJ-16YJ-17L=20～25m600mm×520mm。支柱350m。﹙2﹚支柱選用支柱型號(hào)：R-H,其中R1表示等徑鋼管支柱，H表示支柱高度，如表2—10所示。表2—10 支柱型號(hào)選用安裝地點(diǎn)工程區(qū)間 站臺(tái)外站臺(tái)內(nèi)貨物站臺(tái)軌地高差〔m〕 ﹣1.04 ﹣0.8+0.5+1.1支柱高度〔m〕 10.41 10.178.878.27根底外露高度(m) 0.2 0.20.10.12—11表2—11 根底選用地基承載力 ﹢50 ﹢100 ﹢150﹢200﹢250〔kPa〕 ﹣50 ﹣100 ﹣150﹣200﹣250根底型號(hào) YJ-1 YJ-2 YJ-3YJ-4YJ-53．硬橫跨吊柱選擇HYY1.3m),0.7m，吊H3000～3600mm。﹙2﹚吊柱的選用：吊柱的允許彎矩〔兩斜腿相交處〕20KNm(標(biāo)準(zhǔn)值D-H﹙3﹚由于橫梁有拱高，吊柱的兩個(gè)柱腳可能不等高，可以通過(guò)安裝調(diào)整墊板調(diào)整柱腳高度，安裝的吊柱呈豎直狀態(tài)。硬橫跨安裝高度〔如表2—12所示〕構(gòu)造高度h=1.1m構(gòu)造高度h=1.4m構(gòu)造高度h=1.1m構(gòu)造高度h=1.4m備注接觸承力索高度硬橫跨安裝高度是指梁安裝高度〔m〕 裝高〔m〕線高度〔m〕〔m〕底至最高軌面的垂直距度離6.0m7.187.48.36.45m7.558.457.858.75裝限界及線間距要求統(tǒng)一如下：﹙1﹚一般狀況下正線上吊柱的限界為2.3m，站線吊柱的限界直線為2.2m，曲線為2.3m1.6m4.6m5.0m4.2m4.6m硬橫跨施工說(shuō)明如無(wú)特別緣由同一組硬橫梁的根底頂面應(yīng)等高。兩側(cè)根底螺栓群中心連線應(yīng)與線路中心線垂直。﹙3﹚根底施工應(yīng)按根底安裝圖的要求進(jìn)展施工，確保根底頂面至軌面的距離全都。﹙4﹚根底施工完成后，應(yīng)測(cè)量?jī)蓚?cè)根底中心間的距離，依據(jù)實(shí)測(cè)橫向跨距向廠家訂貨。﹙5﹚硬橫梁的組裝應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙的要求，安裝時(shí)應(yīng)選擇適宜的吊點(diǎn)起吊，待梁柱連接螺栓全部穿入后再卸取吊鉤。7．鋼接硬橫跨硬橫梁運(yùn)抵工地后，應(yīng)按生產(chǎn)廠供給的《技術(shù)條件》進(jìn)展外觀檢查，其主要檢查工程應(yīng)符合以下要求：±25mm;L＜30m±10mm。L論中心距。全梁撓曲:立位檢查其撓曲矢高≤L／1000〔L。﹙3﹚梁身扭曲：立位檢查其撓曲矢高≤H／125(H﹙4﹚抱箍應(yīng)根本圓整，局部變形〔焊接變形〕不宜過(guò)大；孔群中心線應(yīng)與抱箍中心線重合，允許偏差±3mm。；孔徑的橢圓度允許偏差±1.5mm〔指零件的不50%1.01.5mm10%。﹙6﹚硬橫梁防腐承受熱噴鋅，其質(zhì)量要求如下：①噴涂層應(yīng)均勻平坦，色調(diào)全都；100μm；③噴涂層應(yīng)與坯料外表結(jié)合良好，不得有脫落和龜裂形象；④鋅層外罩的密封清漆應(yīng)均勻全都，無(wú)遺漏，無(wú)流掛。﹙7﹚焊接處無(wú)裂紋，焊縫無(wú)虛焊。在預(yù)應(yīng)力混凝土接觸網(wǎng)支柱堆放過(guò)程中應(yīng)遵守以下規(guī)定：﹙1﹚支柱堆放場(chǎng)地平坦；﹙2﹚橫腹板支柱堆放時(shí)，用150mm×200mm堆碼不得超過(guò)三層，層與層間用方木墊在腹桿節(jié)點(diǎn)處，不得墊在腹孔中間，放置位置為翼緣側(cè)面朝上；﹙3﹚2—14圖2—14 等徑支柱堆放尺寸﹙4﹚4等徑支柱堆垛應(yīng)放在支墊物上，層與層之間用支墊物隔開，每層支承點(diǎn)在同一平面上，各層支墊物位置在同一垂直線上。預(yù)應(yīng)力混凝土接觸網(wǎng)支柱在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)遵守以下規(guī)定：2—141m1.5m;﹙2﹚等徑支柱在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)在支點(diǎn)處套上草圈，或用草繩等物捆扎；﹙3﹚裝載支柱的車輛在鐵路運(yùn)輸中，不準(zhǔn)溜放。硬橫跨受力分析及計(jì)算橫跨的受力進(jìn)展分析計(jì)算并對(duì)型斜位式硬橫跨進(jìn)展力學(xué)性能分析。受力分析及計(jì)算〔以蘭武二線雙線特大橋、大橋的硬橫跨為例〕1、問(wèn)題的提出160km／h橋、大橋原設(shè)計(jì)承受的單腕臂支柱需改為硬橫跨，以提高其抗風(fēng)及抗震驚力量．因目前以德國(guó)鐵路對(duì)接觸懸掛的撓度掌握為參考。穩(wěn)定性及變形力量均得到提高，但隨之也帶來(lái)一些問(wèn)題：硬橫跨的承受轉(zhuǎn)變了原來(lái)橋支柱的受力特點(diǎn)．原來(lái)的單腕臂支柱單向受力，主確定為順線路方向．方向的柱迎風(fēng)荷載．原來(lái)高度(IIm、II．5m)提高到12m．2、依據(jù)上述狀況，我們分析并計(jì)算了蘭武二線雙線特大橋、大橋的硬橫跨的受力狀況，分析如下：﹙1﹚〈1名稱單位數(shù)值名稱單位數(shù)值最高氣溫℃﹢40最大風(fēng)速m/s27最低氣溫℃﹣30覆冰時(shí)風(fēng)速m/s10最大風(fēng)時(shí)氣溫℃0接觸線覆冰厚度mm2.5覆冰時(shí)氣溫℃﹣5承力索覆冰厚度mm5吊弦、定位器正常位置時(shí)氣溫℃﹢15〈2〉線材規(guī)格及張力工程線材名稱規(guī)格額定張力(kN)最大張力〔kN)附注承力索銅合金絞線THJ-95-THJ-12017載流承力索接觸線銅合金電車線CTHA12013正 線加強(qiáng)線鋁包鋼芯鋁絞線LBGLJ-18512供電線鋁包鋼芯鋁絞線LBGLJ-18512回流線鋁包鋼芯鋁絞線LBGLJ-15010〈3〉跨距及拉出值依據(jù)氣象條件、懸掛類型、線材規(guī)格進(jìn)展計(jì)算的結(jié)果見下表：曲線〔m〕50060080010001200150018002023250030004000直線跨距〔m〕454550505055556060606060(65)拉出值mm400400400400250250250150150150150±300〈4〉選用線材的機(jī)械及電氣性能線型構(gòu)造根數(shù)/直徑(mm)外徑(mm)計(jì)算截面(mm2)計(jì)算拉力(kN)直流電阻(Ω/km)載流量(A)彈性模量(MPa)線脹系數(shù)(10-6/℃)單重(kg/m)CTHA12012.912142.350.01786750124000171.082CTHA8510.88631.820.01786600124000170.769THJ12019/2.8014.0116.9967.570.2416350105000171.060THJ9519/2.5012.593.2754.760.3395305105000170.845LBGLJ185/2524/3.1518.9211.2956.810.14535456900020.40.6781LBGLJ150/2026/2.6716.9165.1746.070.19044736930020.40.5347負(fù)載及支柱容量計(jì)算(以非絕緣轉(zhuǎn)換柱為例)0.1m，計(jì)算時(shí)可無(wú)視不計(jì)．﹙1﹚的依據(jù)．為了計(jì)算上的簡(jiǎn)化，依據(jù)硬橫跨構(gòu)造和實(shí)際狀況來(lái)確定計(jì)算簡(jiǎn)圖，做如下假定：〈1〉柱子底面固定于橋墩上．支柱利用長(zhǎng)螺栓和墩臺(tái)連接，螺栓錨固長(zhǎng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)為固定端考慮．〈2〉柱上端和硬橫梁的連接為鉸結(jié)．在柱上端，硬橫梁擱置在支柱頂上，用螺栓準(zhǔn)確的剛性連接有肯定的制作和施工的難度，蘭武二線實(shí)行鉸結(jié)的連接方式．〈3〉硬橫梁作為門型架構(gòu)的橫梁假定為準(zhǔn)剛性連桿．一般的排架構(gòu)造，橫梁的剛度一般要比柱子大很多，受力后在跨度方向變化很小，可略去不計(jì)，但橋上的硬橫跨構(gòu)造在內(nèi)力的分析中考慮局部應(yīng)力及變形．﹙2﹚〈1〉負(fù)載計(jì)算支柱負(fù)載包括水平負(fù)載和垂直負(fù)載。垂直負(fù)載包括：①懸掛構(gòu)造自重負(fù)載。②鏈形懸掛的自重。平分力。④之字值形成的水平分力。⑤下錨分力。合力矩：M Q

1

ppH0

2Q0

j1 之 jpj2

p HMj

0.2pc1

p H之c

12p

Hpc2

p HMC

0.2直線同側(cè)下錨〔按圖中ZF2計(jì)算〕為：M Q

1

ppH0 g

2Q0

j1 之 jppHj2 Mj j

0.2ppc1

H p1c 2 1

Hp p Hc2 MC

0.23a式中 p之c TclZF1g：接觸懸掛垂直負(fù)載，包括承力索、接觸線及吊弦線架的重量，覆冰地區(qū)應(yīng)計(jì)入冰重N。Q0：接觸懸掛支持裝置垂直負(fù)載，覆冰時(shí)應(yīng)包括冰重〔N。Z：懸掛點(diǎn)至支柱中心線的水平距離〔m。pj：接觸線的風(fēng)負(fù)載〔N/m。p之：接觸線的“之”字力〔NHj：接觸線至地面的高度。pMj：接觸線下錨力〔N。pc〔N/m。p之c：承力索的“之”字力〔N。Hc：承力索至地面高度〔m。p0：支柱地面以上本身承受的風(fēng)負(fù)載〔N。H：支柱地面以上的高度〔m。pMC：承力索下錨力〔N。a.風(fēng)負(fù)載①支柱本身的風(fēng)負(fù)載可由下式計(jì)算：P0.615103KV2FFK②接觸網(wǎng)懸掛線索的風(fēng)負(fù)載可由下式計(jì)算：P0.615aKdlv2sin式中P：線索所受的實(shí)際風(fēng)負(fù)載〔KN；a：風(fēng)速不均勻系數(shù)；K：風(fēng)負(fù)載體型系數(shù)；d：線索的直徑〔mm；l：接觸懸掛跨距v：設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)速〔m/s；：風(fēng)向與線路方向的夾角。風(fēng)速不均勻系數(shù)和風(fēng)負(fù)載體型系數(shù)分別參見表1.5.2表1.5.3。風(fēng)速不均勻系數(shù)計(jì)算風(fēng)速2020～3031～3535〔m/s〕a1.000.850.750.70風(fēng)負(fù)載體型系數(shù)支柱線索 一般懸掛

受風(fēng)件特征圓形鋼筋混凝土支柱矩形鋼筋混凝土支柱四邊形角鋼支柱鏈形懸掛d＜17mmd*≥17mm

K0.601.401.4〔1+η〕1.251.201.10K1.2。b.非絕緣轉(zhuǎn)換柱的下錨力①非絕緣轉(zhuǎn)換柱立于曲線外側(cè)時(shí)下錨力的計(jì)算方法：錨柱立在曲外并與相鄰轉(zhuǎn)換柱同側(cè)時(shí)：p Tl ZwMC C2R lp Tl ZwMj j2R l錨柱立在曲內(nèi)并與相鄰轉(zhuǎn)換柱異側(cè)時(shí)：p Tl ZNMC C2R lp Tl ZNMj j2R l②非絕緣轉(zhuǎn)換柱立于曲線內(nèi)側(cè)時(shí)下錨力的計(jì)算方法：錨柱立在曲內(nèi)并與相鄰轉(zhuǎn)換柱同側(cè)時(shí)：p Tl ZNMC C2R lp Tl ZNMj j2R l錨柱立在曲內(nèi)并與相鄰轉(zhuǎn)換柱異側(cè)時(shí)：p Tl ZwMC C2R lp Tl ZwMj j2R lT〔N，l〔m〕,R〔m。c.接觸線“之”字力可由下式計(jì)算：alp之4Tjalα為接觸線“之”字值〔m，TN。〈1〉支柱容量①垂直線路方向腕臂垂直負(fù)載腕臂水平負(fù)載腕臂垂直負(fù)載腕臂水平負(fù)載垂直負(fù)載產(chǎn)生彎矩水平負(fù)載產(chǎn)生彎矩Gw(KN)Pw(KN)Mgw(KN·m)Mpw(KN·m)柱頂水平力 懸掛斷線時(shí)的柱頂水平力產(chǎn)斷線沖擊力產(chǎn)水平風(fēng)荷載產(chǎn)水平風(fēng)荷載柱頂水平力 懸掛斷線時(shí)的柱頂水平力產(chǎn)斷線沖擊力產(chǎn)水平風(fēng)荷載產(chǎn)水平風(fēng)荷載P1(KN)沖擊力生彎矩生彎矩生彎矩P2(KN)Wk(KN/㎡)Mp1(KN·m)Mp2(KN·m)Mwk(KN·m)計(jì)算簡(jiǎn)圖③確定容量

計(jì)算簡(jiǎn)圖 柱頂水平力、沖擊力、水平風(fēng)荷載及彎矩yyMybxMxa支柱容量(KN·m)支柱容量(KN·m)M M MXGwPwMM M M