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硬横跨的形式
摘要
在电气化铁路中，要提高接触悬挂的稳定性，改善受流质量，首先应确保支持装置的稳定性及受力性能良好，而硬横跨正好具备这样的优点。
随着高速电气化的发展，既有线的大面积提速，原有的软横跨已不能满足提速后的质量要求，性能好的硬横跨取而代之已是必然。
所以对硬横跨的研究是十分必要的。
本文在接触网基本原理的基础上，深入地分析了硬横跨的结构特征和硬横跨的受力性能；系统地论述了硬横跨的施工技术。
设计中结合实际站场进行分析，提高了文章的实用性，做到了理论和实践的结合和统一。
论文共分五章，第一章介绍了硬横跨的基本形式，并根据实际站场设立的硬横跨作了进一步的阐述。
第二章叙述了硬横跨的类型结构、硬横跨的基础选用及施工要求。
第三章结合实际站场，对硬横跨的受力进行分析计算，完成了硬横跨的力学性能分析。
第四章概述了与生产实际紧密相关的硬横跨的施工作业流程。
第五章探讨了有线路硬横跨的改造、安装技术。
关键词：
接触网硬横跨软横跨安装技术
Abstract
Forimprovingthestabilityofcontacthangingandcorrespondingcurrent-carryingqualityinelectricrailwayfield,toguaranteethestabilityandcapabilitytoforceofsupportingequipmentscomesfirst.Portalstructurejusthassuchadvantages.Oldsoftcrosscannotmeetthenewqualityrequirementafterlarge-scaleimprovingspeedonexistingrailwaylinesashighspeedelectrificationdeveloping.Soitisreplacedbyportalstructureisinevitableandportalstructureresearchbecomesmoreandmorenecessary.
Thesisisdependentoncatenarysystemsfundamental,integratedwiththeoryandpractice,andthoroughlyanalyzesstructurefeaturesandcapabilitytoforceofportalstructure.Authorhascommentedtheconstructiontechnologysystematicallywithpracticalexperienceforpracticabilityimproving.
Thesisconsistsoffivechapters.Thefirstchapterisintroductionofbasicformofportalstructure,withfurtherexpatiationofpracticalconstructionofportalstructure;youwillgetinformationofdifferentstructuretypes,groundworkselectionandconstructionofportalstructureinthesecondchapter;thethirdchaptertakesrealrailwaystationasbackground,accuratelycalculatesthecapabilitytoforceofportalstructure,completestheanalysisofmechanicsofportalstructure;thefifthchapterofferyouthewholeconstructionprocessofportalstructureandyoucanbrowsetheinformationofalterationandinstallationtechnologyofportalstructureonexistingrailwaylineinthelastchapter.
Keywords:
catenarysystemsportalstructuresoftcrossinstallationtechnology
目录
绪论1
1．硬横跨的形式3
1.1硬横跨的基本形式3
1.2新型斜拉式硬横跨3
1.2.1斜拉式硬横跨的形式3
2.硬横跨结构与基础选用6
2.1选用说明6
2.1.1硬横跨规格型号符号说明6
2.2基础选用7
2.2.1角钢硬横跨选择7
2.2.2钢管横梁选用9
2.2.3硬横跨吊柱选择9
2.2.4硬横跨安装高度（如表2—12所示）9
2.2.5吊柱的安装限界及线间距要求10
2.2.6硬横跨施工说明10
2.2.7钢接硬横跨硬横梁要求10
2.2.8接触网支柱的堆放规定11
2.2.9接触网支柱在运输过程中的规定11
3.硬横跨受力分析及计算13
3.1受力分析及计算（以兰武二线双线特大桥、大桥的硬横跨为例）13
3.1.1问题的提出13
3.1.2实例参考13
3.1.3负载及支柱容量计算（以非绝缘转换柱为例）15
3.2新型斜拉式硬横跨的力学性能分析22
4.硬横跨施工作业流程25
4.1施工流程图25
4.2硬横跨施工25
4.3硬横跨安装示例（以广深高速电气化铁路大跨度硬横梁的安装过程为例）28
4.3.1专用起吊工具扁担梁29
4.3.2硬横梁的拼接29
4.3.3硬横梁的现场运输30
4.3.4硬横梁的吊装31
5．既有线路硬横跨的改造、安装技术32
5.1关于既有复线站内架设硬横跨施工方案32
5.1.1基础施工中存在的关键问题：
32
5.1.2横梁架设（以最为复杂的格构式横梁架设为例）32
5.2既有电气化线路车站由软横跨改造为硬横跨的安装技术37
5.2.1概况37
5.2.2基本思路和施工技术37
5.3格构式硬横梁上吊柱的通用型安装方式39
5.3.1硬横梁吊柱安装方式40
5.3.2吊柱安装方式与硬横跨的设计41
5.3.3吊柱在横梁上的安装调整范围分析41
5.3.4通用型安装方式42
结论45
致谢46
参考文献47
绪论
1879年5月,世界上第一条电气化铁路在德国柏林建成。
此后，随着科学技术的发展、铁路运量的增长和对能源利用率的重视，电气化铁路有了很快的发展。
法国、日本、德国等国家已成为电气化铁路为主的铁路运输业，大部分货运量是由电气铁路完成的。
全世界电气化铁路营业里程逐年增加,到20世纪80年代初已超过16.5万公里,占铁路营业总里程的13％，而承担的运量却占铁路总运量的35％。
一些以电气化铁路为主的国家，如法国、联邦德国和日本等,一般以占铁路营业总里程的1/3左右的电气化铁路完成铁路总运量的3/4左右。
中国于1961年建成第一条电气化铁路——宝成铁路的宝鸡至凤州段。
在过去的这几十年中，我国电气化铁路建设有了迅速的发展，取得了巨大的成就。
到2010年，我国铁路的电气化率预计将达到34.6%（约占国家铁路营业里程的40%以上），电气化铁路复线率将增加到68.9%，电气化铁路承担的客货运量将占铁路总运量的65%以上。
几条长大干线的旅客列车运行速度将普遍达到每小140～160公里，而京沈、广深、京津、沪杭、长衡等快速客运专线的旅客列车运行速度将达到每小时200公里。
我国几条主要繁忙干线的货物列车载重量将普遍达到4000～5000吨，而大秦和朔黄两条运煤专线的重载单元列车的载重量将突破1万吨。
电气化铁路的各项主要运营指标，如输送能力和通过能力、列车运行速度和列车平均总重量、电力机车的日车公里和日产量等都进入世界先进行列。
用电力机车作为牵引动力的铁路，就是电气化铁路。
电气化机车上不设原动机，其电力由铁路电力供应系统提供。
该系统由牵引变电所和接触网构成。
来自高压输电线路的高压电经牵引变电所降压整流后，送至铁路架空接触网，电气机车通过滑线弓受电，牵引机车行驶。
供电制式分为直流制。
电气化铁路与现有其他动力牵引的铁路相比，具有的优越性是能源节省，其热效率可达20%～26%；运输能力大，功率大，可使牵引总重提高；运输成本低，维修少，机车车辆周转快，整备作业少、耗能少；污染少，粉尘与噪声小，劳动条件也较好等。
接触网是其重要组成部分，它是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。
其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
为了把导线悬挂到支柱并固定在一定位置上，必须有一套中间装置，这就是所谓的支持装置。
支持装置包括腕臂、软横跨和硬横跨。
本设计除了涉及到接触网的其他知识外，重点介绍作为接触悬挂支持装置之一的硬横跨。
硬横跨是电气化铁路发展初期，欧洲国家就有较广泛的应用，他的优点是形式单一、结构简单、便于机械化施工。
后来，硬横跨又逐渐被软横跨所取代。
高速铁路在世界范围内兴起，而硬横跨的优点在高速铁路中显现出来，所以，在国外，如法国、瑞士、日本等国家，硬横跨又被重新广泛地采用。
1．硬横跨的形式
1.1硬横跨的基本形式
硬横跨多用于全补偿链型悬挂的站场上，一般是为固定承力索中心的锚结绳而设立的。
时速200km区段，车站正线一般采用带吊柱（吊柱本体采用双槽钢焊接）的门型硬横梁结构，如图1-1所示。
股道数较多的大站纯站线侧采用带上下部定位索的门型硬梁结构，如图1-2所示。
硬横梁一般采用格构式横梁。
图1-1
图1-2
硬横跨不仅具有机械上独立、股道之间不产生影响、事故范围小、结构稳定、抗震动、抗风性能好、稳定性强等优点，而且硬横跨具有较好的刚度，稳定性高，能改善弓网受流，因而又具有磨耗小、可降低离线率等一系列优点。
1.2新型斜拉式硬横跨
我们在这里介绍一种新型的硬横跨—斜拉式硬横跨。
我国长沙站就采用这种硬横跨。
1.2.1斜拉式硬横跨的形式
斜拉式连续硬横跨,分为两种类型:
一种为一般斜拉式连续硬横跨,另一种为大跨度斜拉式连续硬横跨。
一般斜拉式连续硬横跨的横梁面形式为边长500mm正三角形,上弦杆为一根89的无缝钢管,下弦杆为两根76的无缝钢管,支柱为4m高外径为300mm的圆钢柱，见图1-3“一般斜拉式连续硬横跨的安装示意图”。
大跨度斜拉式连续硬横跨的横梁断面形式为边长600mm正三角形,上弦杆为一根102的无缝钢管,下弦杆为两根102的无缝钢管,支柱外径为300mm的圆钢柱。
大跨度斜拉式连续硬横跨的安装形式见图1-4:
“大跨度斜拉式连续硬横跨的安装示意图”。
图1-3 一般斜拉式连续硬横跨的安装示意图
图1-4 大跨度斜拉式连续硬横跨的安装示意图
斜拉式硬横跨的性能特点及优点
硬横跨结构对横梁和钢柱的制造精度要求很高,从保证现场安装顺利方面,要求有简单方便的连接型式,从制造方面,确定一套完整的工艺装备、胎模、卡具以及一系列的质量保证体系,以保证工厂分段制造,现场顺利安装。
斜拉式连续硬横跨,具有以下特点:
a.斜拉式连续硬横跨跨越能力大,单跨的设计跨度为17～28m,个别地方的单跨跨度为38m,每组硬横跨实际长度超过了60m。
b.斜拉式连续硬横跨与普通硬横跨相比,受力更均匀,内力分布合理,更能充分利用材料。
c.既能满足强度、刚度及稳定性要求，又做到经济、合理、适用、美观。
斜拉式连续硬横跨结构不仅具有普通硬横跨的优点—整体稳定性好,还可大大提高接触悬挂的稳定性,减少受电弓的离线率,便于接触悬挂调整,减少维修工作量,节约维修费用,同时还具有以下优点:
a.与采用抱箍型式连接的硬横跨相比,制造精度与安装误差要求较低,更便于工厂加工和现场安装。
b.结构型式简洁轻巧,改善了电气化铁路尤其是车站的面貌。
c.斜拉式连续硬横跨由于斜拉杆的作用,大大减少了梁自重产生的弯矩,梁截面尺寸小,因此节省了钢材。
d.斜拉式连续硬横跨支柱柱底的弯矩小,如硬横跨与雨棚合架,对雨棚的作用荷载小,可大大减少雨棚的土建投资或雨棚的加固费用。
2.硬横跨结构与基础选用
2.1选用说明
根据跨度的大小和安装地点的不同，硬横跨按结构分为两大类：
角钢结构式矩形断面硬横跨（角钢硬横跨）和钢管结构式三角断面硬横梁（钢管硬横梁）。
通过吊柱安装接触悬挂。
硬横跨横梁与支柱采用抱箍式连接或法兰盘连接，横梁分若干段，梁段间通过法兰连接。
角钢结构硬横跨的支柱采用环形等径预应力混凝土支柱（跨度25mm及以下）或与横梁结构相同的角钢支柱（跨度25～40m或跨度25m以下承受负荷较大的硬横跨），钢管结构硬横跨支柱采用环形等径截面钢管柱。
钢管结构硬横跨主要用于车站风雨棚范围内，其余地点一般采用角钢结构硬横跨。
2.1.1硬横跨规格型号符号说明
采用混凝土支柱的角钢硬横跨表示为：
YHK-H-“L”；
采用角钢支柱的角钢硬横跨表示为：
YHK-J-“L”；
采用钢管硬横跨表示为：
YHK-G-“L”；
其中YHK表示硬横跨，H、J、G分别表示混凝土支柱的角钢硬横跨、角钢支柱的角钢硬横跨和钢管硬横跨，L表示硬横跨的跨距，一般为硬横跨两侧支柱中心间的距离（m）。
硬横跨制造时，横梁长度应根据现场实测跨距值确定。
硬横跨跨度及支柱高度范围参见表2-1。
表中支柱高度和硬横跨质量随实际情况进行调整，不是最终准确值。
YHK-H-20和YHK-H-25的质量仅为一根横梁的质量，其余型号的硬横跨质量为一根横梁和两根支柱的质量，以上均为含吊柱的质量。
表2-1硬横跨跨度及支柱高度
硬横跨结构形式
规格型号
横梁跨度（m）
支柱高度（m）
硬横跨质量（kg）
角钢结构
YHK-H-20
20
8.2～10.4
1400
YHK-H-25
25
1750
YHK-J-30
30
8.4～10.6
3440～3800
YHK-J-35
35
8.6～10.8
4780～5200
YHK-J-40
40
5230～5650
钢管结构
YHK-G-20
20
8.2～10.4
3080～3470
YHK-G-25
25
3480～3870
2.2基础选用
2.2.1角钢硬横跨选择
1、跨距L=20～25m时
（1）横梁横断面尺寸为500mm×600mm。
（2）支柱选用：
支柱型号GQ100／12,Φ400型环形等径预应力混凝土支柱。
支柱断面直径400mm.
支柱高度根据现场实际情况选用。
（3）基础选取如表2-2所示。
表2-2基础选用
地基承载力（kPa）
﹢50
﹣50
﹢100
﹣100
﹢150
﹣150
﹢200
﹣200
﹢250
﹣250
基础型号
YJ-1
YJ-2
YJ-3
YJ-4
YJ-5
2、跨距L=25.1～30m时
（1）横梁横截面尺寸为800mm×800mm。
（2）支柱选用（GY表示格构式角钢支柱）
支柱型号：
GY1-H,GY2-H。
其中H表示支柱高度（m），如表2-3所示。
表2-3支柱型号选用（m）
项目
安装地点
区间
站台外
站台内
货物站台
轨地高差
﹣1.04
﹣0.8
+0.5
+1.1
支柱高度
10.59
10.35
9.05
8.45
基础外露高度
0.2
0.2
0.1
0.1
主角钢选用如表2-4所示。
表2-4主角钢选用
柱型
主角钢
GY1-H
L100×7
GY2-H
L110×8
（3）基础选用（底部：
800mm×800mm，顶端：
800mm×800mm）,如表2-5所示。
表2-5基础选用
地基承载力（kPa）
﹣50
﹣100
﹣150
﹣200
﹢50
﹢100
﹢150
﹢200
基础型号
YJ-6
YJ-7
YJ-8
YJ-9
YJ-11
YJ-12
YJ-13
YJ-14
3、跨距L=30.1～40m时
（1）横梁横截面尺寸800mm×1000mm。
（2）支柱选用
支柱型号：
HY3-H,HY4-H。
其中H表示支柱高度（m）,如表2-6所示。
表2-6支柱型号选用
项目
安装地点
区间
站台外
站台内
货物站台
轨地高差（m）
﹣1.04
﹣0.8
+0.5
+1.1
支柱高度（m）
10.79
10.55
9.25
8.65
基础外露高度（m）
0.2
0.2
0.1
0.1
主角钢选用如表2-7所示。
支柱选用如表2-8所示。
表2-7主角钢选用
柱型
主角钢
HY3-H
L100×8
GY4-H
L110×10
表2-8支柱选用
跨距
柱型
30.1～36m
GY3-H
36.1～40m
GY4-H
（3）基础选取（底部：
底部：
800mm×800mm，顶端：
800mm×800mm），如表2-9所示。
表2-9基础选用
地基承载力（kPa）
﹣50
﹣100
﹣150
﹣200
﹢50
﹢100
﹢150
﹢200
基础型号
YJ-15
YJ-16
YJ-17
YJ-18
YJ-20
YJ-21
YJ-16
YJ-17
2.2.2钢管横梁选用
1、横梁型号：
PB-L。
钢管硬横跨跨距L=20～25m时，断面尺寸600mm×520mm。
支柱断面直径为350m
2、支柱选用
支柱型号：
R-H,其中R1表示等径钢管支柱，H表示支柱高度，如表2-10所示。
表2-10支柱型号选用
项目
安装地点
区间
站台外
站台内
货物站台
轨地高差（m）
﹣1.04
﹣0.8
+0.5
+1.1
支柱高度（m）
10.41
10.17
8.87
8.27
基础外露高度（m）
0.2
0.2
0.1
0.1
3、基础选用如表2-11所示。
表2-11基础选用
地基承载力（kPa）
﹢50
﹣50
﹢100
﹣100
﹢150
﹣150
﹢200
﹣200
﹢250
﹣250
基础型号
YJ-1
YJ-2
YJ-3
YJ-4
YJ-5
2.2.3硬横跨吊柱选择
1、吊柱型号:
D-Y。
其中H表示吊柱长度，吊柱Y表示为Y型结构形式，两柱脚间的距离约为1.1～1.3m（一般选用1.3m）,柱脚至两斜腿相交处的垂直距离为0.7m，吊柱的总长度H为3000～3600mm。
2、吊柱的选用：
吊柱的允许弯矩（两斜腿相交处）为20KN·m（标准值），只要不超过该值，无论悬挂几支，均可以选用D-H型吊柱。
3、由于横梁有拱高，吊柱的两个柱脚可能不等高，可以通过安装调节垫板调整柱脚高度，安装的吊柱呈竖直状态。
2.2.4硬横跨安装高度（如表2—12所示）
表2-12硬横跨安装高度
接触线高度
结构高度h=1.1m
结构高度h=1.4m
备注
承力索高度（m）
硬横梁安装高度（m）
承力索高度（m）
硬横梁安装高度（m）
硬横跨安装高度是指梁底至最高轨面的垂直距离
6.0m
7.1
8
7.4
8.3
6.45m
7.55
8.45
7.85
8.75
2.2.5吊柱的安装限界及线间距要求
因考虑到腕臂上定位器的安装及与吊柱相邻股道上腕臂反定位的安装，将吊柱的安装限界及线间距要求统一如下：
1、一般情况下正线上吊柱的限界为2.3m，站线吊柱的限界直线为2.2m，曲线为2.3m。
2、安装后的吊柱与侧线路中心的距离不应小于1.6m，当邻侧线路为道岔柱或转换柱时，该值不应小于1.9m。
按照上述要求，安装吊柱的两线间距离应满足要求，即：
正线与站线间的距离一般不小于4.6m，邻侧为道岔柱时不小于5.0m；站线与站线间的距离一般不小于4.2m，邻侧为道岔柱是不小于4.6m。
2.2.6硬横跨施工说明
﹙1﹚如无特殊原因同一组硬横梁的基础顶面应等高。
﹙2﹚两侧基础螺栓群中心连线应与线路中心线垂直。
﹙3﹚基础施工应按基础安装图的要求进行施工，确保基础顶面至轨面的距离一致。
﹙4﹚基础施工完成后，应测量两侧基础中心间的距离，按照实测横向跨距向厂家订货。
﹙5﹚硬横梁的组装应符合设计图纸的要求，安装时应选择合适的吊点起吊，待梁柱连接螺栓全部穿入后再卸取吊钩。
2.2.7钢接硬横跨硬横梁要求
钢接硬横跨硬横梁运抵工地后，应按生产厂提供的《技术条件》进行外观检查，其主要检查项目应符合下列要求：
﹙1﹚全梁跨度的允许偏差：
30m＜L＜40m为±25mm;L＜30m为±10mm。
L为两柱的理论中心距。
﹙2﹚全梁挠曲:
立位检查其挠曲矢高≤L／1000（L为梁长）。
﹙3﹚梁身扭曲：
立位检查其挠曲矢高≤H／125（H为梁高）。
﹙4﹚抱箍应基本圆整，局部变形（焊接变形）不宜过大；孔群中心线应与抱箍中心线重合，允许偏差±3mm。
﹙5﹚各连接孔距允许偏差±1mm；孔径的椭圆度允许偏差±1.5mm;错孔（指零件的不同心度）偏差在0.5～1.0mm的，每组孔中允许数量为50%；偏差在1.0以上大约1.5mm的，每组孔中允许数量为10%。
﹙6﹚硬横梁防腐采用热喷锌，其质量要求如下：
①喷涂层应均匀平坦，色调一致；
②喷涂层厚度不应小于100µm；
③喷涂层应与坯料表面结合良好，不得有脱落和龟裂形象；
④锌层外罩的密封清漆应均匀一致，无遗漏，无流挂。
﹙7﹚焊接处无裂纹，焊缝无虚焊。
2.2.8接触网支柱的堆放规定
在预应力混凝土接触网支柱堆放过程中应遵守下列规定：
﹙1﹚支柱堆放场地平整；
﹙2﹚横腹板支柱堆放时，用150mm×200mm的方木垫起，根部统一放在一边，支柱堆码不得超过三层，层与层间用方木垫在腹杆节点处，不得垫在腹孔中间，放置位置为翼缘侧面朝上；
﹙3﹚等径支柱采用两点堆放，支点位置如图2-13所示。
图2-13等径支柱堆放尺寸
﹙4﹚等径支柱按规定分别堆放，堆放层数不宜超过4层；
﹙5﹚等径支柱堆垛应放在支垫物上，层与层之间用支垫物隔开，每层支承点在同一平面上，各层支垫物位置在同一垂直线上。
2.2.9接触网支柱在运输过程中的规定
预应力混凝土接触网支柱在运输过程中应遵守下列规定：
﹙1﹚等径支柱在运输过程中的支承点位置按图2-13规定，若受车辆所限，支承位置可向外移动1m，向内移动1.5m;
﹙2﹚等径支柱在运输过程中应在支点处套上草圈，或用草绳等物捆扎；
﹙3﹚装载支柱的车辆在铁路运输中，不准溜放。
3.硬横跨受力分析及计算
受力分垂直线路方向和顺线路方向
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