基于SAP2000的拉林線典型腕臂受力分析

葛洪林

摘 要：結合川藏鐵路拉薩至林芝線山高谷深、地震頻發的地理環境條件，參考國內部分已開通電氣化鐵路的接觸網腕臂裝配型式，通過SAP2000結構分析軟件建立典型接觸網腕臂裝配的有限元模型。根據現行設計規范規定，對最大風工況和地震工況下不同工點的腕臂裝配受力分別進行了仿真分析，對兩種工況、兩類工點的腕臂裝配進行了分析評價，得出各型裝配對荷載組合的響應結果。對類似線路接觸網腕臂裝配選型有重要的指導意義。

關鍵詞：川藏線;接觸網;有限元模型;仿真;選型

中圖分類號：TB 文獻標識碼：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，地勢起伏跌宕。沿線地形對風的影響顯著，風向多與河谷走向一致，沿線主要城市風速統計見表1。

該線路經過我國著名的喜馬拉雅高烈度地震帶（七度、八度），地震活動頻繁、強烈。根據現行國家標準GB 18306-2015《中國地震動參數區劃圖》以及調查資料，本線地震動參數劃分區段表見2。

2 分析內容

2.1 分析對象

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

2.2 分析方法

本分析采用數值分析方法，利用SAP2000結構分析軟件建立各型腕臂安裝有限元模型，根據TB 10009-2016《鐵路電力牽引供電設計規范》，接觸網支柱容量計算按以下工況組合表進行計算見表3。

表3 荷載工況組合表

序號荷載工況組合

1最大覆冰工況風速10m/s，最大覆冰

2最大風速工況最大風速、無覆冰

3檢修工況風速10m/s、無覆冰、檢修荷載0.8kN

4地震工況地震作用與上述3種正常運行工況的荷載效應組合

經分析，現主要針對兩種裝配在最大風工況和地震工況作用下的受力狀態做出分析評價。工況下計算方法如下：

·最大風速工況：1.35DL+1.4WL

·地震工況：1.35DL+1.3EhL+0.5EvL+0.28WL

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

最大風速工況時按靜力作用加載計算，地震工況時根據GB50011-2010《建筑抗震設計規范》相關規定采用振型分解反應譜法計算。

3 計算參數

3.1 基本條件

基本結構設計風速：25m/s（一般區段，風壓高度變化系數按B類地面粗糙度距地面20m考慮;隧道口、隧道間谷口地段風壓高度變化系數按B類地面粗糙度距地面40m考慮，并按1.5系數修正）。

地震動峰值加速度：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（標準值）

3.3 腕臂材質參數

4 結構模型

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;其他部位采用節點耦合固接，各型結構建模示意如圖6—9所示。

5 分析結果

5.1 腕臂桿件最大應力

5.2 各部件材料最大利用率

5.3 結果分析

接觸網裝配應力情況（特殊區段指隧道口、隧道谷口區段）如圖10所示。

隧道外三角腕臂與整體腕臂的計算數據基本體現為：

（1）三角腕臂和整體腕臂均能滿足結構性能要求。

（2）風工況為控制計算工況：一般區段和隧道口、隧道谷口區段接觸網腕臂在風工況時應力均較地震工況時大;在隧道、隧道谷口區段時表現較突出。

（3）整體腕臂抗風性能優于三角腕臂：一般區段和隧道口、隧道谷口區段的風工況時，三角腕臂主桿應力均較整體腕臂大;在隧道口、隧道谷口區段時表現較突出。

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

6 結論

本分析采用數值分析方法，對兩種裝配在最大風工況和地震工況作用下的受力狀態做出分析評價，主要結論如下：

（1）最大風工況為本工程腕臂驗算的控制工況。

（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工況和地震工況作用下具有一定的應力安全儲備，其最大應力滿足材料強度要求。

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

參考文獻

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