王愛(ài)竟 盛亞鳴

摘 要：既有線(xiàn)電氣化鐵路部分框架橋因各種因素受限，不具備接觸網(wǎng)道岔定位硬橫跨的安裝條件。本文以某工程設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的實(shí)際情況為例，因地制宜提出一種新型組合硬橫跨方案。通過(guò)有限元模擬仿真計(jì)算進(jìn)一步校核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保障其安全性與穩(wěn)定性。新型組合硬橫跨已安裝投運(yùn)，工作狀態(tài)穩(wěn)定，可為類(lèi)似工程提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路;接觸網(wǎng);硬橫跨;道岔定位

0 引言

道岔是兩條或兩條以上軌道在平面上進(jìn)行連接和交叉的設(shè)備，是鐵路運(yùn)輸互聯(lián)互通必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)列車(chē)通過(guò)道岔時(shí)，受電弓從一組接觸懸掛過(guò)渡到另一組接觸懸掛，接觸網(wǎng)道岔定位設(shè)計(jì)是列車(chē)在道岔順利通行的重要保障。

道岔區(qū)接觸懸掛定位及安裝可采用單支柱、軟橫跨或者硬橫跨，尤其是站場(chǎng)內(nèi)咽喉區(qū)跨越多股道時(shí)，一般采用軟橫跨或硬橫跨進(jìn)行道岔定位。既有線(xiàn)電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)及施工受工程現(xiàn)狀、施工條件、對(duì)既有線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的影響等諸多因素的影響，因此既有線(xiàn)接觸網(wǎng)道岔定位需要考慮的因素較新建線(xiàn)路更為復(fù)雜，設(shè)計(jì)方案及施工組織實(shí)施的難度也更大。

1 工程概況

某既有內(nèi)燃干線(xiàn)鐵路進(jìn)行電氣化改造工程，在其中一個(gè)車(chē)站的小里程咽喉區(qū)有兩組12號(hào)道岔需要進(jìn)行接觸網(wǎng)道岔定位。道岔編號(hào)分別為29號(hào)和33號(hào)，接觸網(wǎng)采用交叉線(xiàn)岔布置方式。但是，這兩組道岔正好位于既有市政交通涵上，該交通涵為兩孔框架橋，如圖1所示。常規(guī)的道岔定位方案為在該框架涵上垂直線(xiàn)路方向設(shè)一組橫跨，采用在涵洞頂板上后植化學(xué)錨栓方式安裝支柱，如圖2所示。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及測(cè)量發(fā)現(xiàn)若采用常規(guī)方案存在以下問(wèn)題：

（1）北側(cè)為人行蓋板涵混凝土厚度不足，無(wú)后植化學(xué)錨栓條件;

（2）立柱與橋涵上安裝的廣告牌有沖突但是協(xié)調(diào)廣告牌拆除困難;

（3）涵洞下方為市政道路，人員及車(chē)輛均需從此處通行，無(wú)橋下立柱條件。鑒于上述因素，常規(guī)硬橫跨方案無(wú)法實(shí)施，需因地制宜研究特殊安裝方案以實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)道岔定位安裝。

2 特殊硬橫跨道岔定位方案

因硬橫跨支柱在道岔定位處的框架橋上無(wú)安裝條件，需考慮采用特殊方案對(duì)硬橫梁進(jìn)行安裝支撐，經(jīng)研究提出一種可行的新型組合硬橫跨結(jié)構(gòu)。具體做法為順線(xiàn)路方向設(shè)置兩組支撐硬橫跨，將垂線(xiàn)路方向的硬橫梁搭接于順線(xiàn)路的兩組支撐橫梁上，順線(xiàn)路的支撐橫梁與垂直線(xiàn)路的橫梁通過(guò)法蘭進(jìn)行連接，吊柱安裝于硬橫梁下進(jìn)行接觸網(wǎng)道岔定位安裝，如圖3和圖4所示。

安裝兩組支撐橫梁的支柱需設(shè)置于框架橋范圍以外，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)定位，確定順線(xiàn)路方向支撐橫梁跨度為40 m，垂直線(xiàn)路方向橫梁長(zhǎng)度為30 m?？紤]安裝空間受限及站場(chǎng)景觀(guān)方面的需求，組合硬橫跨采用鋼管結(jié)構(gòu)。支撐橫梁采用倒三角截面，垂直線(xiàn)路橫梁采用正三角角截面便于與支撐橫梁連接及吊柱安裝。

3 仿真分析

采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)法，應(yīng)用有限元分析手段，對(duì)組合硬橫跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。編制有限元分析程序，建立有限元仿真模型，對(duì)其進(jìn)行靜力計(jì)算，求出最大工作載荷情況下的位移和應(yīng)力，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。

3.1 建立有限元模型

組合硬橫跨結(jié)構(gòu)材質(zhì)選擇Q355B，鋼材彈性模量E=2.06e5 MPa，泊松比v=0.27，密度p=7.85 g/cm3。仿真軟件選用目前通用的有限元分析軟件ANSYS，采用BEAM188單元建立支柱和橫梁的有限元模型，吊柱通過(guò)施加荷載進(jìn)行等效，對(duì)柱腳施加全約束。

組合硬橫跨結(jié)構(gòu)承受的載荷包括：

（1）豎向荷載：橫梁、吊柱、吊柱連接底座、腕臂支持裝置、導(dǎo)線(xiàn)等重力荷載;

（2）水平荷載：分順線(xiàn)路風(fēng)和垂線(xiàn)路風(fēng)兩種工況考慮支柱、橫梁、導(dǎo)線(xiàn)、吊柱、腕臂支持裝置等的風(fēng)荷載，導(dǎo)線(xiàn)之字力等。

3.2 仿真計(jì)算與分析

對(duì)于單組硬橫跨結(jié)構(gòu)，主要控制荷載為風(fēng)荷載，需要對(duì)垂直線(xiàn)路風(fēng)和順線(xiàn)路方向風(fēng)兩種工況分別進(jìn)行校核。組合硬橫跨也進(jìn)行了上述兩種工況的計(jì)算，但結(jié)果表明兩種工況下該結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形均較為接近，控制荷載實(shí)際為豎向荷載。主要是因?yàn)榇怪本€(xiàn)路硬橫梁對(duì)順線(xiàn)路的硬橫跨的平面內(nèi)及平面外均產(chǎn)生了明顯的約束效果。

順線(xiàn)路風(fēng)工況下，硬橫跨應(yīng)力云圖如圖5所示，位移云圖如圖6所示。其最大應(yīng)力在吊柱安裝點(diǎn)附近為173 MPa，柱頂撓度為16 mm，支撐橫梁在未起拱時(shí)的最大撓度為205 mm。經(jīng)計(jì)算分析，組合硬橫跨的強(qiáng)度及撓度變形滿(mǎn)足相關(guān)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

既有線(xiàn)電氣化工程現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變，當(dāng)常規(guī)設(shè)計(jì)方案難以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需要時(shí)，需有針對(duì)性的提出有效的解決措施。特殊硬橫跨組合結(jié)構(gòu)已經(jīng)安裝并投運(yùn)，如圖7及圖8所示。項(xiàng)目開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)硬橫跨工作狀態(tài)良好，很好解決了既有線(xiàn)框架橋無(wú)法安裝接觸網(wǎng)支柱進(jìn)行道岔定位的現(xiàn)實(shí)困難。本文為既有線(xiàn)站場(chǎng)道岔定位提供了一種新的設(shè)計(jì)思路和方案，也可供有類(lèi)似情況的工程參考借鑒。

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