承力索对接触网硬横跨体系的抗风性能影响分析

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1、第七届全囤现代结构工程学术研讨会承力索对接触网硬横跨体系的抗风性能影响分析颜卫亨李林长安大学建筑工程学院．西安7l∞61)摘要；硬横跨结构的安全直接关系到国家电气化铁路运行的可靠性，而风荷载是威胁其安全的丰要荷载之一，基丁此，奉文以某时速200～350公里客运争线铁路接触网硬横跨结构体系为其研究对象，在ANsYs有限元的开发环境下，建立了不同跨度硬横跨一索麸同作用体系的三维有限元精细化模型，然后进行了风荷载作用下的结构受力机理分析．比较7坷i同跨度下索对硅横跨的位移、应力响应影响，并将其结果与目前常用的设计方法分析白勺结果

2、进行对比。研究络果表明，考虑挂索作用时硬横跨的位移，应力响应均有所增加，特别足在大跨度下更不能忽略此影响。关键词；硬横跨，承力索．风荷载，有限元一、引言接触网系统为电气化铁路供电系统的主要组成部分，工作条件复杂，环境恶劣，其运行的稳定性和可靠性与所在地区的气象条件密切相关。风荷载是接触网设计中主要的可变荷载，风及其作用在接触网结构的设计和运行中具有重要影响。多数接触网的事故均与风灾有关，例如从大同西供电段管内接触网近年来所发生的设备故障统计分析中可以发现，自1994至2000年这7年中发生的127件故障中。其中囚大风原因造

3、成的故障就有41件，占总件数的32．3％⋯。所以风倚载的计算直接影响着接触恻的安全性和经济性。我国舰范”1对风荷载作用于接触网上的响应分析依然沿用了拟静力的方法对争粕硬横跨进行静力分析，对硬横跨、承力索和绝缘子上承受的风荷载只是采用风荷载调整系数的方法加以考虑，而承力索及导线在风荷载作用下对硬横跨的影响研究情况较少。大量的研究表明，接触网系统在风荷载作用下，承力索及导线对硬横跨的影响不可低估“。接触网系统由刚度差别较大的硬横跨和承力索、导线组成，这种差异使得在风荷载作用下硬横跨和承力索的相互影响较为复杂。因此，根据接触网结

4、构的实际工作状况，建立符合其真实工作条件的结构计算模型，就具有重要的理论意义及工程应Hj价值。为了正确分析接触网系统的风载响应，本文以我国某时速200～350公里客运专线铁路接触网硬横跨结构为对象”1，建立了硬横跨一索共同作用体系的精细化三维有限元模型，以最大限度上模拟其真实受力状况，利用大型有限元分析软件ANsYs对接触网体系进行了风荷载响应分析，研究了不同跨度承力索对接触网体系抗风性能的影响，并与规范采用的对单跨静力分析方法进行了对比。二、硬横跨一索共同体系精细化三维有限元模型的建立所谓硬横跨一索共同作用体系精细化三维

5、有限元模型，是指将多榀硬横跨和承力索同时建模，以模拟两者间相互耦联效应的模型。本文建立的硬横跨一索共同体系i维有限元模型包括了3榀硬横跨和2跨承力索，即三跨两索模型”。。建模环境是国际通用程序ANsYs。(一)硬横跨的建模该接触网结构硬横跨支柱、横梁均为矩形角铡格构式，硬横跨主材为角钢，在端部采用螺栓连接．四肢角钢通过缀条连接在一起，四肢角钢为q34i钢．缀条采用0235钢。本文建立的硬横跨一索体系模型中，对硬横跨中各受力杆件采用BEAM24三维薄擘梁单元模拟，该单元可以模拟具有任意截面的梁单元，具有分析弹性、塑性、蠕变等

6、功能。由于采用的是粱单元，单元间的节点采用的是刚性连接。单元材料参数采1200工业建筑2007增刊第七届全围现代结构工程学术研讨会用双线性模型，可以同时考虑村料的弹性特性和塑性特性。’(二)承力索、导线和吊弦的建模承力索和导线是空间柔性结构，且带有初始应变，因此对它的建模首先需要涉及承力索和导线的找形问题，然后是模拟单元的选取。，由于承力索和导线初始时刻存在微小的初应变，导致内部存在初应力和初始张力，因此在计算之前需要进行找形，即寻找初始时刻承力索和导线的位形。根据文献⋯，承受呸向均布荷载的索的空间位形为一、簇悬链线，采用

7、下图的坐标系，其表达式为：z=和nc咖cosni芋刊1qz式中甜=arcsiIl}878：生’2HH为初始水平张力：q为作用在导线上的均布力，这里即为重力。一旦导线两端端点坐标和均布力q确定，则水平张力H和跨中坐标中任知其一，即可确定导线的初始形状。实际工程中，承力索和导线之间通过吊弦互相连接，跨度为65m，为了简化建模，本文按照承力索和导线承受风荷载等效的原则，将承力索和导线简化为一根承力索，其截面直径为20Ⅻ，初应变为0．0004，吊弦和支撑杆分别简化为集中质量单元和弹簧单元，将其质量加到承力索上⋯，将以上参数代入上式

8、，可得到承力索的空间位形方程。图1荷载沿承力索长均布时单根承力索的计算简图根据国外文献的研究。83，当悬索的垂跨比(弧垂比跨距)等于或小于l／8时为所谓扁平悬索。扁平悬索在平面内的运动可由线性理论分析计算。大跨越接触网承力索的垂跨比一般都小于并较接近于1／8。这时，承力索的张力引起的变形对承力索的运动方