接触网支柱的选用

接触网支柱的选用

作者：刘爱宾张禄

来源：《科技视界》2014年第28期

接触网支柱是接触网最主要的受力设备，也是一种没有备用的户外供电支持装置，经常遭受冰、雪、雨、雾等恶劣天气的影响，一旦遭遇故障或事故将直接影响列车的运行，因此接触网支柱的关键是其结构受力的安全可靠。另外，接触网支柱还要考虑结构的简单轻巧、良好的耐腐蚀能力和材料利用的合理性，并且要求方便施工和运营维护。

1 接触网支柱的分类

接触网支柱按其功能可分为中间柱、转换柱、锚柱、道岔柱和中心柱；按材料可分为混凝土支柱、钢支柱和钢管混凝土支柱；按结构形状又可分为锥形或等径环形截面钢管柱、多棱形钢管柱、H 形钢柱和由角钢、钢管、槽钢或 H 形钢组成的格构柱等。

2 各类型支柱的特点

2.1 环形等径预应力混凝土支柱

这种支柱造价较低，受力无方向性。但重量大，运费高，运输安装过程中受振动或碰撞折损率高。安装不方便，尤其在高架桥上使用受限制，损坏后不易更换。其容量较小，适用于做中间柱及跨度较小的硬横跨支柱。

2.2 H形钢柱

H 形钢柱截面尺寸小，柱截面外形尺寸一般为 250 mm×250 mm～300 mm×300 mm，适合于在线间距离小的地点使用；H 形支柱上下截面一致，配套零件易于标准化，容量适中的 H 形钢柱重量与同等条件的钢管柱相当，造价较低；但容量稍大或稍小的 H 形钢柱由于受型钢规格的限制其重量要比钢管柱重，因此造价也就会提高。

H形钢柱抗弯强度和刚度较大，适用于中间柱等单向受力为主的支柱，单向受力能充分发挥H形钢的合理、有利的截面型式，使支柱截面尺寸减小到 250 mm×250 mm成为可能，从而实现减轻支柱重量和增强景观效应作用。H形钢柱抗扭强度与刚度较小，其扭转惯性矩约为抗弯惯性矩的 1/100～1/250，尤其支柱高度较高时稳定性相对较差，双向受力时弱轴方向很小的作用会使强轴方向的承载能力大幅度降低，不利于H 形截面力学特性的发挥，故不宜用于转换柱和硬横跨等双向受力或受扭的支柱。对于以双向受力为主或扭矩较大的柱型可通过在 H 形钢柱上加加筋板或采用双 H 形钢组合柱等办法来解决。在 H 形钢柱上加加筋板的措施不建议使用，因该办法不仅使制造加工复杂化，而且也会增加支柱重量，同时也不能充分利用 H 形钢的力学优势；采用双 H 形钢组合柱的办法较好，它是采用两根窄翼缘 H 形钢通过两条纵

向焊缝焊接而成，加工工作量较小，机械化程度也高，制造较简单，但对焊接的技术水平要求较高。

2.3 钢管混凝土柱

钢管混凝土柱是近年研制成功的一种新型钢-混凝土复合结构支柱，这种支柱外层是薄壁钢管，内层是通过高速离心力作用后形成一定厚度的混凝土层。钢管混凝土结构充分发挥了钢和混凝土这两种材料的物理力学特性。它除具有钢管柱的外形轻盈美观、线条流畅等特点外，主要优点是可节省钢材、降低造价，同时由于其壁内是混凝土层，很好地解决了钢管柱的内防腐问题，并且抗弯及抗扭强度和刚度都很大。其缺点是相对钢管柱自重大，且外壁多以热喷锌防腐为主，若采用热浸镀锌防腐时，生产加工工艺要复杂一些。钢管混凝土柱现主要用于电力系统的输电线路杆塔、变电所构架和通信工程中的发射塔等。

2.4 多棱形钢管柱

一般为变截面型式，材料能充分、合理地得到应用，同时也减少了支柱的重量。截面尺寸较小，结构简单，采用压力机加工成形，埋弧自动焊接，制造较复杂。不利于零件标准化，安装维修不方便。多棱形钢管柱抗弯及抗扭强度和刚度较大，一般不需检验其抗扭强度，受力基本无方向性，容量也较大。锥形多棱钢管柱现主要用于大城市输电线路杆和路灯杆。

2.5 环形截面钢管柱

环形截面钢管柱有两种型式，即变截面的锥形钢管柱和等径钢管柱。

锥形钢管柱截面尺寸较小，一般单支柱底部外径为300～400 mm。采用压力机或卷板机加工成型，埋弧自动焊接一道或两道焊缝，制造较简单，机械化程度高，质量容易控制；锥形钢管柱在一定程度上完全可以根据实际受力大小设计选用合适的支柱直径，通过调整壁厚而使支柱外径统一，有利于零件标准化；原材料价格较便宜，但要有大型设备才能加工，这对生产厂家的设备要求较高，且加工费用较高，故总体造价适中；同时锥形钢管柱的锥度要合理控制，如果锥度太大，一方面支柱在导线高度处的挠度不易控制，另一方面支柱外径随高度变化较大，抱箍位置调整范围小，抱箍类型增加，使装配较为复杂，配套零件不易标准化。

等径钢管柱截面尺寸较小，一般单支柱外径为300～350 mm。支柱上下截面一致，配套零件易于标准化，等径钢管柱在生产加工上有两种制造方法，一种方法与锥形钢管柱相同都采用埋弧自动焊接，另一种是直接采用无缝钢管制造。总体造价适中，适用于各类柱型。

环形截面钢管柱抗弯及抗扭强度和刚度较大，其扭转惯性矩为抗弯惯性矩的两倍，受力无方向性，一般不需检验其抗扭强度，比较适用于转换柱等受扭支柱。

变截面的锥形钢管柱与等径钢管柱相比，锥形钢管柱适合接触网支柱上部弯矩小，下部弯矩大的特点，能使材料充分、合理地得到利用，减少工程投资，同时也避免了因采用等径钢管柱而带来的材料浪费。

2.6 格构式角钢铁塔

外形尺寸较大，柱底尺寸一般为600mm×400mm～1800mm×1000 mm，占用空间多，在桥上安装时有一定限制，不宜用于高架桥。由于杆件多，下料、放样、焊接、防腐等制造工艺比较复杂，但其结构性能优良，材料布置合理，在各种支柱中重量最轻；铁塔的容量跨度范围也很大，任何受力情况均可使用，尤其适用在大跨度软、硬横跨中；造价较低。格构式角钢铁塔虽然在使用功能上完全能够满足要求，但其美观性稍差，与城市环境的美化要求有差距，在线路上基本不采用，但在对外观要求不高的停车场、车辆段仍不失为一种经济的方案。

3 接触网支柱的应用概况

目前，国内外铁路中，接触网支柱的常用型式主要有等径钢管柱、锥形钢管柱、H形钢柱、格构式角钢铁塔和环形等径预应力混凝土支柱。依据不同国情，接触网支柱应用型式也不尽相同。英国、法国、德国普遍采用 H 形钢柱和环形截面钢管柱，车场内软横跨结构则多采用格构式角钢铁塔作为支柱；日本主要以环形等径预应力混凝土支柱和格构式角钢铁塔为主，也有少量钢管柱和H形钢柱。国内客货混线均采用环形等径预应力混凝土支柱，软横跨支柱则采用格构式角钢铁塔，客运专线采用了H型钢柱。

4 各类支柱的优缺点

钢柱与混凝土柱相比，具有强度高、承受荷载大、重量轻、弹塑性好等优点。在承受突发性事故及断线等情况下，外力使其产生弹塑性变形，在解除外力后可恢复变形或稍加修复即可投入正常运行，而混凝土柱在突发性事故或断线等情况下，一般都会损坏或折断，必须更换后才能运行。环形等径预应力混凝土柱在弯矩作用下虽无横向裂纹，但在运输安装、长久预应力和日晒受热不均等多种因素作用下会产生纵向的细小裂纹，这些细小裂纹在常年日晒雨淋下逐渐扩展，以致造成混凝土风化，钢筋锈蚀，影响使用寿命，而钢柱采用镀锌防腐后寿命一般在30～50 年，基本上无维修，且其强度不会降低，更换也比混凝土柱容易得多。

环形截面钢管柱、H形钢柱与角钢格构式铁塔相比，具有占用空间小、造型美观、制造简单、机械化程度高、运输方便、运输费用低、维护方便、总造价适中等优点。但用作大容量的软横跨柱时，钢管柱和 H 形钢柱由于其截面尺寸小而会使重量增加很多，尤其以钢管柱为最大，此时角钢格构式铁塔因受力特点而显示出其优越性。

5 总结