温福铁路接触网特型H型钢柱的选型研究

■ 刘畅

刘畅：中铁第四勘察设计院集团有限公司，工程师，湖北武汉，430063

一般情况下，我国200 km/h及以上客货共线铁路接触网工程采用的H型钢柱均按照铁道部颁布的铁路工程建设通用参考图《客运专线化铁路接触网H型钢柱》（通化（2008）1301）对应进行选型。

温福铁路处于我国较为极端的台风多发地区，基本风压值达0.9 kN/m2。2006年“桑美”台风中心最大风力达17级（风速60 m/s），远超出铁道部颁布的通用参考图所要求的最大结构风速50 m/s。针对这一情况，重新开展对特型H型钢柱的设计十分迫切。

1 计算模型

1.1 计算条件

1.1.1 结构设计风速

根据《建筑结构荷载规范》附录“全国基本风压图”，温福铁路沿线基本风压W0取0.9 kN/m2。经计算，结构设计风速为61.1 m/s。

1.1.2 主要工程参数

（1）导线组合：JTMH-120+CTS-150（20 kN+25 kN）；

（2）接触线悬挂点距轨面高度Hj：6 400 mm；

（3）结构高度：1 600 mm；

（4）曲线半径R：4 500 m；

（5）平均跨距L：50 m。

1.2 建立计算模型

根据支柱的工作情况，确定各点受力类型和位置。中间柱的标准校验弯矩计算模型见图1，其余各类型支柱受力模型建立情况类似，不再赘述。

1.3 计算方法和结果

对全线支柱承载能力极限状态标准校验弯矩进行计算，采用以概率论为基础的极限状态法，风速采用结构设计风速，计算得到的标准校验弯矩不包含任何分项系数，结果见表1。

图1 支柱标准校验弯矩计算模型图

铁路工程建设通用参考图《客运专线铁路接触网H型钢柱》（通化（2008）1301）中，支柱承载能力极限状态支柱标准校验弯矩最大允许选用215 kN·m，小于表1中M=348 kN·m，因此需根据温福铁路特点，设计超出通用图范围的特型H型钢柱。

2 钢柱选型校验计算

2.1 特型支柱选择

选择德国电气化铁路标准DIN1025-4中规定的280型钢（简称GHT280型钢）作为目标进行校验，钢号选择为Q345，GHT280型钢截面尺寸如图2所示：

图2 GHT280型钢截面尺寸

2.2 强度校验

采用GHT280型钢（钢号为Q345）进行校验，接触网H型钢柱的最大荷载情况：桥高50 m，杆高11 m转换柱。

表1 全线支柱标准校验弯矩统计表

（1）面内稳定。

式中：λx为X 轴长细比；NEx为长细杆临界压力（N）；σ为平面内强度应力（MPa）。

选用的H型钢平面外强度σ=295 MPa＞138.9 MPa，因此Q345级H型钢可通过面内稳定检算。

（2）面外稳定。

式中，ηb=0

式中：λ=3.873，b类，α2=0.965，α3=0.3

选用的H型钢平面外强度σ=295 MPa＞168.47 MPa，因此Q345级H型钢可通过面外稳定检算。

式中：Φb为整体稳定系数；ξ为中间系数；βb为H型钢简支梁系数；σ为平面外强度应力（MPa）。

验算结果：面外稳定控制选用Q345级GHT280型钢柱可用。

2.3 挠度校验

2.3.1 柱顶挠度

式中：I为贯心距；q为单位长度负荷（N/mm）；fA为计算挠度（mm）

导线荷载产生的柱顶挠度fA= pb2L（3- b），6EI L

据此公式计算结果见表2。

合计，柱顶挠度fA=18.43+68.01=86.44（mm）

最大柱顶挠度[fA]=11 000×1.5%=165 mm>86.44 mm，因此GHT280型钢柱满足柱顶挠度要求。

2.3.2 接触线高度处挠度

导线荷载产生的接触线高度处挠度

据此公式计算结果见表3。

表2 柱顶挠度计算表

表3 接触线高度处挠度计算表

接触线高度处挠度fc=9.29+8.68=17.97 mm<50 mm，因此GHT280型钢柱满足柱顶挠度要求。

GHT280型钢在面外稳定、面内稳定、柱顶挠度、接触线高度处挠度验算中均满足要求。因此可应用于温福铁路支柱标准校验弯矩在215～348 kN·m范围的工程情况。

3 结束语

GHT280型钢柱目前已应用于温福铁路工程，在抗弯、抗扭方面具有良好性能。同时，外观保持了H型钢的美观小巧，解决了沿海铁路台风气候环境下接触网腕臂柱的选型问题。除此之外，GHT280型钢柱可用于我国其他大风、雪灾严重的铁路地段以及荷载要求更大的300 km/h及以上电气化高速铁路。

[1]GB 50009-2001 建筑结构荷载规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2006

[2]GB 50068-2001 建筑结构可靠度设计统一标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2001

[3]中铁电气化局集团有限公司，中铁电气化勘测设计研究院. TB 10009-2005 铁路电力牵引供电设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2005

[4]中华人民共和国建设部. GB 50017-2003 钢结构设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2003

[5]铁道部经济规划研究院. 通化（2008）1301 客运专线化铁路接触网H型钢柱[S]，2008