基于SAP2000的拉林线典型腕臂受力分析

葛洪林

摘 要：结合川藏铁路拉萨至林芝线山高谷深、地震频发的地理环境条件，参考国内部分已开通电气化铁路的接触网腕臂装配型式，通过SAP2000结构分析软件建立典型接触网腕臂装配的有限元模型。根据现行设计规范规定，对最大风工况和地震工况下不同工点的腕臂装配受力分别进行了仿真分析，对两种工况、两类工点的腕臂装配进行了分析评价，得出各型装配对荷载组合的响应结果。对类似线路接触网腕臂装配选型有重要的指导意义。

关键词：川藏线;接触网;有限元模型;仿真;选型

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.09.098

1 分析背景

新建铁路川藏线拉萨至林芝段位于青藏高原东南部，属于冈底斯山与念青唐古拉山、喜马拉雅山之间的藏南谷地。山高谷深，气候极端恶劣。山脉呈东西向纵贯延展，谷岭相间，地势起伏跌宕。沿线地形对风的影响显著，风向多与河谷走向一致，沿线主要城市风速统计见表1。

该线路经过我国著名的喜马拉雅高烈度地震带（七度、八度），地震活动频繁、强烈。根据现行国家标准GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》以及调查资料，本线地震动参数划分区段表见2。

2 分析内容

2.1 分析对象

结合该线路气象条件，重点分析普通三角腕臂和整體腕臂两种装配型式的受力特点。两种典型装配示意如图2—图5所示。

2.2 分析方法

本分析采用数值分析方法，利用SAP2000结构分析软件建立各型腕臂安装有限元模型，根据TB 10009-2016《铁路电力牵引供电设计规范》，接触网支柱容量计算按以下工况组合表进行计算见表3。

表3 荷载工况组合表

序号荷载工况组合

1最大覆冰工况风速10m/s，最大覆冰

2最大风速工况最大风速、无覆冰

3检修工况风速10m/s、无覆冰、检修荷载0.8kN

4地震工况地震作用与上述3种正常运行工况的荷载效应组合

经分析，现主要针对两种装配在最大风工况和地震工况作用下的受力状态做出分析评价。工况下计算方法如下：

·最大风速工况：1.35DL+1.4WL

·地震工况：1.35DL+1.3EhL+0.5EvL+0.28WL

其中，DL为恒荷载，主要为接触网装配自重及安装产生的导线之字力（或曲线力）;WL为风荷载，主要为腕臂装配迎风面及导线产生的风荷载;EhL为水平地震荷载;EvL为竖向地震荷载。

最大风速工况时按静力作用加载计算，地震工况时根据GB50011-2010《建筑抗震设计规范》相关规定采用振型分解反应谱法计算。

3 计算参数

3.1 基本条件

基本结构设计风速：25m/s（一般区段，风压高度变化系数按B类地面粗糙度距地面20m考虑;隧道口、隧道间谷口地段风压高度变化系数按B类地面粗糙度距地面40m考虑，并按1.5系数修正）。

地震动峰值加速度：0.3g

张力组合：JTMH95（15kN）+CTAH120（15kN）

跨距：一般地段40m，隧道口、隧道间谷口地段32.7m。

3.2 归算作用在腕臂装配上的荷载（标准值）

3.3 腕臂材质参数

4 结构模型

平腕臂、斜腕臂、陶瓷绝缘子、定位管和定位管支撑均采用梁单元进行模拟。腕臂端部均采用双向螺栓连接，在模型中释放腕臂端部与支柱栓接处沿M2和M3两方向的自由度，使其形成双向铰接;定位管、腕臂支撑装置为单向螺栓连接处，释放其端部沿M2方向自由度，使其形成单向铰接;其他部位采用节点耦合固接，各型结构建模示意如图6—9所示。

5 分析结果

5.1 腕臂杆件最大应力

5.2 各部件材料最大利用率

5.3 结果分析

接触网装配应力情况（特殊区段指隧道口、隧道谷口区段）如图10所示。

隧道外三角腕臂与整体腕臂的计算数据基本体现为：

（1）三角腕臂和整体腕臂均能满足结构性能要求。

（2）风工况为控制计算工况：一般区段和隧道口、隧道谷口区段接触网腕臂在风工况时应力均较地震工况时大;在隧道、隧道谷口区段时表现较突出。

（3）整体腕臂抗风性能优于三角腕臂：一般区段和隧道口、隧道谷口区段的风工况时，三角腕臂主杆应力均较整体腕臂大;在隧道口、隧道谷口区段时表现较突出。

（4）三角腕臂抗震性能优于整体腕臂：一般区段和隧道口、隧道谷口区段的风工况时，整体腕臂主杆应力均较三角腕臂大。

6 结论

本分析采用数值分析方法，对两种装配在最大风工况和地震工况作用下的受力状态做出分析评价，主要结论如下：

（1）最大风工况为本工程腕臂验算的控制工况。

（2）三角腕臂和整体腕臂两种装配均能满足本线气象条件荷载工况使用要求。两种腕臂安装在在最大风工况和地震工况作用下具有一定的应力安全储备，其最大应力满足材料强度要求。

（3）隧道口、隧道谷口特殊区段整体腕臂抗风性能较好;隧道外其余区段三角腕臂抗震性能较好。

参考文献

[1]GB 18306-2015 中国地震动参数区划图[S].

[2]中铁二院工程集团有限责任公司.新建铁路川藏线拉萨至林芝段可行性研究报告[R].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2013.

[3]TB 10009-2016.铁路电力牵引供电设计规范[S].

[4]GB 50009-2012.建筑结构荷载规范[S].

[5]GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[S].

[6]GB/T 699-2015.优质碳素结构钢[S].

[7]GB/T 1591-2008.低合金高强度结构钢[S].

[8]北京金土木软件技术有限公司，中国建筑标准设计研究院.SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社，2006.