接触网工程直埋支柱基础承载理想受力分析完整版.docx
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接触网工程直埋支柱基础承载理想受力分析完整版
铁路电气化接触网工程
直埋支柱根底承载理想受力分析
白永宏持笔
中铁二十一局集团XX
二〇一七年七月
前言
随着中国铁路电气化的不断延伸，铁路时速不断的提高，普速区段铁路接触网下部支柱根底根本上采用杯型根底，桩型根底，法兰根底，很少采用直埋根底，但是在时速低于160公里/小时区段的国铁与地方专用线上，电气化铁路还较多采用预应力钢筋混凝土支柱加直埋根底，直埋根底一直在大家经历和惯例上安放横卧板，一般情况下，直线和曲外支柱，下部横卧板在田野侧，上部横卧板在线路侧；在曲内支柱，下部横卧板在线路侧，上部横卧板在田野侧。
其实是一个经历和惯例。
在好多电气化铁路线上施工，直埋支柱不考虑直线、曲内、曲外，横卧板安置：
下部横卧板均在田野侧，上部横卧板均在线路侧，主要考虑单方面平安，只要支柱不要向线路侧倾覆，就保证平安了，但是支柱向田野侧倾覆一样危机平安〔电气化接触网交付运营时〕。
经过简单的受力分析，接触网直埋支柱受力情况非常复杂。
以下理想状态下，简单的受力分析，供接触网爱好者参考，希望能抛砖引玉有更好的分析方法与思路。
笔者主要针对铁路电气化接触网工程直埋支柱承载后受力分析,其目的是施工时能够正确安置上下部横卧板,确保接触网直埋支柱下部工程质量.分享给接触网爱好者,有不妥之处,请各位专家批评指正。
参加人员：
白永宏X广郭民祥
2017/7/6
第一：
田野侧无附加悬挂承载受力分析
一、直线中间柱
经理想简易受力分析计算，
曲线力〔之字力〕产生的扭矩Mq=±3.56kN·m〔按最大情况考虑〕，
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
合力矩MR=Mq+Mx=5.7±3.56=9.26〔2.14〕〔kN·m〕〔正值时，合力矩产生逆时针扭矩〕，
合力矩使支柱向线路侧受力。
那么下部横卧板安置田野侧，上部横卧板安置线路侧。
结论：
直线中间柱受力方向线路侧。
二、曲外中间柱
经理想简易受力分析计算，
曲线力产生的扭矩Mq=3.56kN·m〔按最小情况考虑〕，
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
合力矩MR=Mq+Mx=5.7+3.56=9.26〔kN·m〕〔正值时，合力矩产生逆时针扭矩〕
合力矩使支柱向线路侧受力。
那么下部横卧板安置田野侧，上部横卧板安置线路侧。
结论：
曲外中间柱受力方向线路侧。
三、曲内中间柱
1、曲内情况之一
经理想简易受力分析计算，
曲线半径R＜2000m时，曲线力产生的扭矩Mq＜-5.7kN·m，
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
合力矩MR=Mq+Mx＜0〔kN·m〕〔负值时，合力矩产生顺时针扭矩〕
合力矩为0的情况极少，例如：
见下表
跨距
曲线半径R
夹角
X力kN
曲线力kN
力臂长m
力矩kNm
曲线力力矩kNm
50
600
87.61
30
-2.50
7.4
18.52
-18.52
50
715
88
30
-2.09
7.4
15.50
-15.50
50
800
88.21
30
-1.87
7.4
13.87
-13.87
50
1000
88.57
30
-1.50
7.4
11.08
-11.08
50
1200
88.81
30
-1.25
7.4
9.22
-9.22
50
1300
88.9
30
-1.15
7.4
8.52
-8.52
50
1400
88.98
30
-1.07
7.4
7.90
-7.90
50
1500
89.05
30
-0.99
7.4
7.36
-7.36
合力矩使支柱向田野侧受力。
那么下部横卧板安置线路侧，上部横卧板安置田野侧。
结论：
曲线半径R＜2000m时，中间柱受力向田野侧。
2、曲内情况之二
经理想简易受力分析计算，
曲线半径R≥2000m时，曲线力产生的扭矩Mq＞-5.7kN·m，
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
合力矩MR=Mq+Mx＞0〔kN·m〕〔正值时，合力矩产生逆时针扭矩〕
合力矩为0的情况极少，例如：
见下表
跨距
曲线半径R
夹角
X力kN
曲线力kN
力臂长m
力矩kNm
曲线力力矩kNm
50
2000
89.28
30
0.75
7.4
5.58
-5.58
50
2500
89.43
30
0.60
7.4
4.42
-4.42
50
3000
89.52
30
0.50
7.4
3.72
-3.72
50
3125
89.54
30
0.48
7.4
3.56
-3.56
50
3500
89.59
30
0.43
7.4
3.18
-3.18
50
4000
89.64
30
0.38
7.4
2.79
-2.79
合力矩使支柱向线路侧受力。
那么下部横卧板安置田野侧，上部横卧板安置线路侧。
结论：
曲线半径R≥2000m时，相当于直线区段，中间柱受力向线路侧。
四、直线与曲内转换柱
经理想简易受力分析计算，
1.直线区段，转换柱相当于在曲内受力情况，相当曲线半径R=715m的曲线力，
所产生的扭矩Mq=-15.5kN·m〔按最小情况考虑〕，
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
合力矩MR=Mq+Mx=5.7-15.5=-9.8〔kN·m〕〔负值时，合力矩产生顺时针扭矩〕
合力矩使支柱向田野侧受力。
那么下部横卧板安置线路侧，上部横卧板安置田野侧。
2.曲内区段，转换柱相更当于在曲内受力情况，相当曲线半径R＜715m的曲线力，
例如曲内曲线半径R=2000m时，曲内转换柱受力情况相当于R=526m的曲线力，产生的力矩为Mq=-21.07kN·m;曲内曲线半径R=600m时，曲内转换柱受力情况相当于R=326m的曲线力，产生的力矩为Mq=-34kN·m，力矩绝对值远远大于悬挂力矩〔负值时，合力矩产生顺时针扭矩〕，
合力矩使支柱向田野侧受力。
那么下部横卧板安置线路侧，上部横卧板安置田野侧。
结论：
直线与曲内转换柱受力方向均向田野侧。
五、曲外转换柱
1.曲外情况之一
经理想简易受力分析计算，
1.曲外区段，当曲线半径R＜1150m，转换柱相当于在直线受力情况，相当曲线半径R≥2000m的曲线力，
所产生的扭矩Mq＞-5.7kN·m〔按最小情况考虑〕，如下表显示
跨距
曲线半径R
换算反曲线半径R
夹角
X力kN
曲线力kN
力臂长m
曲线力力矩kNm
50
800
6663
89.79
30
-0.22
7.4
-1.63
50
1000
2500
89.43
30
-0.60
7.4
-4.42
50
1100
2036
89.3
30
-0.73
7.4
-5.42
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
合力矩MR=Mq+Mx＞0〔kN·m〕〔正值时，合力矩产生逆时针扭矩〕
合力矩使支柱向线路侧受力。
那么下部横卧板安置田野侧，上部横卧板安置线路侧。
结论：
曲外区段，当曲线半径R＜1150m曲外转换柱受力方向均向线路侧。
2.曲外情况之二
经理想简易受力分析计算，
1.曲外区段，当曲线半径R≥1150mm，转换柱相当于在曲内受力情况，相当曲线半径R＜2000m的曲线力，
所产生的扭矩Mq≤-5.7kN·m〔按最小情况考虑〕，如下表显示
跨距
曲线半径R
换算反曲线半径R
夹角
X力kN
曲线力kN
力臂长m
曲线力力矩kNm
50
1150
1885
89.24
30
-0.80
7.4
-5.89
50
1200
1764
89.19
30
-0.85
7.4
-6.28
50
1500
1363
88.95
30
-1.10
7.4
-8.14
50
2000
1110
88.71
30
-1.35
7.4
-10.00
50
2500
997
88.57
30
-1.50
7.4
-11.08
50
4000
867
88.35
30
-1.73
7.4
-12.78
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
合力矩MR=Mq+Mx＜0〔kN·m〕〔负值时，合力矩产生顺时针扭矩〕
合力矩使支柱向田野侧受力。
那么下部横卧板安置线路侧，上部横卧板安置田野侧。
结论：
曲外区段，当曲线半径R≥1150m曲外转换柱受力方向均向田野侧。
第二：
田野侧有附加悬挂承载受力分析
一、直线中间柱
经理想简易受力分析计算，
线索曲线力〔之字力〕产生的扭矩Mq=±3.56kN·m〔按最大情况考虑〕，
悬挂重量产生的扭矩-Mx=5.7kN·m〔按最大情况考虑〕。
附加悬挂重量产生的扭矩-Mx=-0.44kN·m。
合力矩MR=Mq+Mx+Mx=5.7±3.56-0.44=7.82〔1.7〕〔kN·m〕〔正值时，合力矩产生逆时针扭矩〕，
合力矩使支柱向线路侧受力。
那么下部横卧板安置田野侧，上部横卧板安置线路侧。
具体分析见下表
表1直线中间柱工作支〔之字力〕曲线力扭矩分析表〔逆+顺-〕
跨距
相当曲线半径R
受力方向
夹角
弧度
X力kN
COS
曲线力kN
力臂长m
力矩knm
线索曲线力力矩kNm
定位方式
50
3125
1
89.54
1.5627678
30
0.0080284
0.48
7.4
3.56
3.56
正定位
50
-3125
-1
89.54
1.5627678
30
0.0080284
-0.48
7.4
-3.56
-3.56
反定位
表2直线中间柱单支悬挂重力扭矩分析表
跨距
接触线kN
承力索kN
吊弦重量kN
悬挂支数
腕臂总kN
线索悬挂重量kN
力臂长1m
力臂长2m
力矩kNm
线索悬挂力矩kNm
50
0.01347
0.01342
0.0032
1
0.9235
1.35
3.2
1.5
5.70
5.70
表3直线附加导线曲线力扭矩分析表
跨距
相当曲线半径R
受力方向
夹角
弧度
X力kN
COS
曲线力kN
力臂长m
力矩knm
线索曲线力力矩kNm
50
∞
0
90
1.5707963
13
6.126E-17
0.00
8
0.00
0.00
表4附加导线悬挂重力扭矩分析表
跨距
回流线kN
角钢kN
悬瓷kN
悬挂支数
受力方向
力臂长m
力矩kNm
线索悬挂力矩kNm
50
0.00676
0.09071
0.01
1
-1
1
-0.44
-
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