既有车站接触网特殊道岔定位立柱方案研究

　　摘 要：既有线电气化铁路部分框架桥因各种因素受限，不具备接触网道岔定位硬横跨的安装条件。本文以某工程设计过程中遇到的实际情况为例，因地制宜提出一种新型组合硬横跨方案。通过有限元模拟仿真计算进一步校核结构设计，保障其安全性与稳定性。新型组合硬横跨已安装投运，工作状态稳定，可为类似工程提供参考借鉴。

　　关键词：电气化铁路;接触网;硬横跨;道岔定位

　　0 引言

　　道岔是两条或两条以上轨道在平面上进行连接和交叉的设备，是铁路运输互联互通必不可少的关键环节。当列车通过道岔时，受电弓从一组接触悬挂过渡到另一组接触悬挂，接触网道岔定位设计是列车在道岔顺利通行的重要保障。

　　道岔区接触悬挂定位及安装可采用单支柱、软横跨或者硬横跨，尤其是站场内咽喉区跨越多股道时，一般采用软横跨或硬横跨进行道岔定位。既有线电气化铁路接触网设计及施工受工程现状、施工条件、对既有线运营的影响等诸多因素的影响，因此既有线接触网道岔定位需要考虑的因素较新建线路更为复杂，设计方案及施工组织实施的难度也更大。

　　1 工程概况

　　某既有内燃干线铁路进行电气化改造工程，在其中一个车站的小里程咽喉区有两组12号道岔需要进行接触网道岔定位。道岔编号分别为29号和33号，接触网采用交叉线岔布置方式。但是，这两组道岔正好位于既有市政交通涵上，该交通涵为两孔框架桥，如图1所示。常规的道岔定位方案为在该框架涵上垂直线路方向设一组横跨，采用在涵洞顶板上后植化学锚栓方式安装支柱，如图2所示。

　　经现场踏勘及测量发现若采用常规方案存在以下问题：

　　(1)北侧为人行盖板涵混凝土厚度不足，无后植化学锚栓条件;

　　(2)立柱与桥涵上安装的广告牌有冲突但是协调广告牌拆除困难;

　　(3)涵洞下方为市政道路，人员及车辆均需从此处通行，无桥下立柱条件。鉴于上述因素，常规硬横跨方案无法实施，需因地制宜研究特殊安装方案以实现接触网道岔定位安装。

　　2 特殊硬横跨道岔定位方案

　　因硬横跨支柱在道岔定位处的框架桥上无安装条件，需考虑采用特殊方案对硬横梁进行安装支撑，经研究提出一种可行的新型组合硬横跨结构。具体做法为顺线路方向设置两组支撑硬横跨，将垂线路方向的硬横梁搭接于顺线路的两组支撑横梁上，顺线路的支撑横梁与垂直线路的横梁通过法兰进行连接，吊柱安装于硬横梁下进行接触网道岔定位安装，如图3和图4所示。

　　安装两组支撑横梁的支柱需设置于框架桥范围以外，经现场实测定位，确定顺线路方向支撑横梁跨度为40 m，垂直线路方向横梁长度为30 m。考虑安装空间受限及站场景观方面的需求，组合硬横跨采用钢管结构。支撑横梁采用倒三角截面，垂直线路横梁采用正三角角截面便于与支撑横梁连接及吊柱安裝。

　　3 仿真分析

　　采用以概率理论为基础的极限状态法，应用有限元分析手段，对组合硬横跨结构进行设计计算。编制有限元分析程序，建立有限元仿真模型，对其进行静力计算，求出最大工作载荷情况下的位移和应力，并根据结果进行分析。

　　3.1 建立有限元模型

　　组合硬横跨结构材质选择Q355B，钢材弹性模量E=2.06e5 MPa，泊松比v=0.27，密度p=7.85 g/cm3。仿真软件选用目前通用的有限元分析软件ANSYS，采用BEAM188单元建立支柱和横梁的有限元模型，吊柱通过施加荷载进行等效，对柱脚施加全约束。

　　组合硬横跨结构承受的载荷包括：

　　(1)竖向荷载：横梁、吊柱、吊柱连接底座、腕臂支持装置、导线等重力荷载;

　　(2)水平荷载：分顺线路风和垂线路风两种工况考虑支柱、横梁、导线、吊柱、腕臂支持装置等的风荷载，导线之字力等。

　　3.2 仿真计算与分析

　　对于单组硬横跨结构，主要控制荷载为风荷载，需要对垂直线路风和顺线路方向风两种工况分别进行校核。组合硬横跨也进行了上述两种工况的计算，但结果表明两种工况下该结构的应力和变形均较为接近，控制荷载实际为竖向荷载。主要是因为垂直线路硬横梁对顺线路的硬横跨的平面内及平面外均产生了明显的约束效果。

　　顺线路风工况下，硬横跨应力云图如图5所示，位移云图如图6所示。其最大应力在吊柱安装点附近为173 MPa，柱顶挠度为16 mm，支撑横梁在未起拱时的最大挠度为205 mm。经计算分析，组合硬横跨的强度及挠度变形满足相关要求。

　　4 结语

　　既有线电气化工程现场情况复杂多变，当常规设计方案难以满足现场需要时，需有针对性的提出有效的解决措施。特殊硬横跨组合结构已经安装并投运，如图7及图8所示。项目开通运营以来硬横跨工作状态良好，很好解决了既有线框架桥无法安装接触网支柱进行道岔定位的现实困难。本文为既有线站场道岔定位提供了一种新的设计思路和方案，也可供有类似情况的工程参考借鉴。

　　参考文献：

　　[1]TB/T 2920.1-2008，电气化铁路硬横跨第2部分：钢管硬横跨[S].北京：中国铁道出版社.

　　[2]董昭德，李岚.接触网工程与设计[M].北京：科学出版社，2016：33-115.

　　[3]陈勇.电气化铁路接触网硬横跨的力学性能分析与实验研究[D].长沙：湖南大学，2011.

　　[4]谢新庄.接触网硬横跨施工技术及应用[J].大科技，2020

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