葛洪林

摘 要：結(jié)合川藏鐵路拉薩至林芝線山高谷深、地震頻發(fā)的地理環(huán)境條件，參考國內(nèi)部分已開通電氣化鐵路的接觸網(wǎng)腕臂裝配型式，通過SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件建立典型接觸網(wǎng)腕臂裝配的有限元模型。根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)最大風(fēng)工況和地震工況下不同工點(diǎn)的腕臂裝配受力分別進(jìn)行了仿真分析，對(duì)兩種工況、兩類工點(diǎn)的腕臂裝配進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，得出各型裝配對(duì)荷載組合的響應(yīng)結(jié)果。對(duì)類似線路接觸網(wǎng)腕臂裝配選型有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：川藏線;接觸網(wǎng);有限元模型;仿真;選型

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.09.098

1 分析背景

新建鐵路川藏線拉薩至林芝段位于青藏高原東南部，屬于岡底斯山與念青唐古拉山、喜馬拉雅山之間的藏南谷地。山高谷深，氣候極端惡劣。山脈呈東西向縱貫延展，谷嶺相間，地勢(shì)起伏跌宕。沿線地形對(duì)風(fēng)的影響顯著，風(fēng)向多與河谷走向一致，沿線主要城市風(fēng)速統(tǒng)計(jì)見表1。

該線路經(jīng)過我國著名的喜馬拉雅高烈度地震帶（七度、八度），地震活動(dòng)頻繁、強(qiáng)烈。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18306-2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》以及調(diào)查資料，本線地震動(dòng)參數(shù)劃分區(qū)段表見2。

2 分析內(nèi)容

2.1 分析對(duì)象

結(jié)合該線路氣象條件，重點(diǎn)分析普通三角腕臂和整體腕臂兩種裝配型式的受力特點(diǎn)。兩種典型裝配示意如圖2—圖5所示。

2.2 分析方法

本分析采用數(shù)值分析方法，利用SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件建立各型腕臂安裝有限元模型，根據(jù)TB 10009-2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》，接觸網(wǎng)支柱容量計(jì)算按以下工況組合表進(jìn)行計(jì)算見表3。

表3 荷載工況組合表

序號(hào)荷載工況組合

1最大覆冰工況風(fēng)速10m/s，最大覆冰

2最大風(fēng)速工況最大風(fēng)速、無覆冰

3檢修工況風(fēng)速10m/s、無覆冰、檢修荷載0.8kN

4地震工況地震作用與上述3種正常運(yùn)行工況的荷載效應(yīng)組合

經(jīng)分析，現(xiàn)主要針對(duì)兩種裝配在最大風(fēng)工況和地震工況作用下的受力狀態(tài)做出分析評(píng)價(jià)。工況下計(jì)算方法如下：

·最大風(fēng)速工況：1.35DL+1.4WL

·地震工況：1.35DL+1.3EhL+0.5EvL+0.28WL

其中，DL為恒荷載，主要為接觸網(wǎng)裝配自重及安裝產(chǎn)生的導(dǎo)線之字力（或曲線力）;WL為風(fēng)荷載，主要為腕臂裝配迎風(fēng)面及導(dǎo)線產(chǎn)生的風(fēng)荷載;EhL為水平地震荷載;EvL為豎向地震荷載。

最大風(fēng)速工況時(shí)按靜力作用加載計(jì)算，地震工況時(shí)根據(jù)GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算。

3 計(jì)算參數(shù)

3.1 基本條件

基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)速：25m/s（一般區(qū)段，風(fēng)壓高度變化系數(shù)按B類地面粗糙度距地面20m考慮;隧道口、隧道間谷口地段風(fēng)壓高度變化系數(shù)按B類地面粗糙度距地面40m考慮，并按1.5系數(shù)修正）。

地震動(dòng)峰值加速度：0.3g

張力組合：JTMH95（15kN）+CTAH120（15kN）

跨距：一般地段40m，隧道口、隧道間谷口地段32.7m。

3.2 歸算作用在腕臂裝配上的荷載（標(biāo)準(zhǔn)值）

3.3 腕臂材質(zhì)參數(shù)

4 結(jié)構(gòu)模型

平腕臂、斜腕臂、陶瓷絕緣子、定位管和定位管支撐均采用梁單元進(jìn)行模擬。腕臂端部均采用雙向螺栓連接，在模型中釋放腕臂端部與支柱栓接處沿M2和M3兩方向的自由度，使其形成雙向鉸接;定位管、腕臂支撐裝置為單向螺栓連接處，釋放其端部沿M2方向自由度，使其形成單向鉸接;其他部位采用節(jié)點(diǎn)耦合固接，各型結(jié)構(gòu)建模示意如圖6—9所示。

5 分析結(jié)果

5.1 腕臂桿件最大應(yīng)力

5.2 各部件材料最大利用率

5.3 結(jié)果分析

接觸網(wǎng)裝配應(yīng)力情況（特殊區(qū)段指隧道口、隧道谷口區(qū)段）如圖10所示。

隧道外三角腕臂與整體腕臂的計(jì)算數(shù)據(jù)基本體現(xiàn)為：

（1）三角腕臂和整體腕臂均能滿足結(jié)構(gòu)性能要求。

（2）風(fēng)工況為控制計(jì)算工況：一般區(qū)段和隧道口、隧道谷口區(qū)段接觸網(wǎng)腕臂在風(fēng)工況時(shí)應(yīng)力均較地震工況時(shí)大;在隧道、隧道谷口區(qū)段時(shí)表現(xiàn)較突出。

（3）整體腕臂抗風(fēng)性能優(yōu)于三角腕臂：一般區(qū)段和隧道口、隧道谷口區(qū)段的風(fēng)工況時(shí)，三角腕臂主桿應(yīng)力均較整體腕臂大;在隧道口、隧道谷口區(qū)段時(shí)表現(xiàn)較突出。

（4）三角腕臂抗震性能優(yōu)于整體腕臂：一般區(qū)段和隧道口、隧道谷口區(qū)段的風(fēng)工況時(shí)，整體腕臂主桿應(yīng)力均較三角腕臂大。

6 結(jié)論

本分析采用數(shù)值分析方法，對(duì)兩種裝配在最大風(fēng)工況和地震工況作用下的受力狀態(tài)做出分析評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：

（1）最大風(fēng)工況為本工程腕臂驗(yàn)算的控制工況。

（2）三角腕臂和整體腕臂兩種裝配均能滿足本線氣象條件荷載工況使用要求。兩種腕臂安裝在在最大風(fēng)工況和地震工況作用下具有一定的應(yīng)力安全儲(chǔ)備，其最大應(yīng)力滿足材料強(qiáng)度要求。

（3）隧道口、隧道谷口特殊區(qū)段整體腕臂抗風(fēng)性能較好;隧道外其余區(qū)段三角腕臂抗震性能較好。

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