钢柱为什么倒下

郭福强

【摘要】本文通过对12.29事故L2#、L1#钢柱、莲东的七组双线路腕臂钢柱的受力分析、计算，说明了12.29事故L2#倒下的原因。

【关键词】钢柱为什么倒下

2012年12月29日，某段刚立上30余天的L2#钢柱在大风中倒下，砸到了正在通过的某次客车，造成了国内鲜见的接触网钢柱倾倒事故。L2#钢柱为什么时候会倒？与其负载完全相同的L1#钢柱为什么不倒？到底出了那些错误，才最终导致L2#钢柱的倒下？让我们来认真的分析一下吧。

1、L2#钢柱的倒下

1.1 现场简介

因为公路下穿铁路，要顶进2孔60米的箱式桥，采用预先在桥顶进方向立两个双线路腕臂柱的方式，进行施工期间的上、下行接触网过渡。

谈一谈GX型钢柱，GX-整体的软横跨钢柱，当时我国还没有15米以上的热镀锌槽，采用两段式分段热镀锌，然后焊接，焊接部位热喷锌补锌，这种生产工艺是90年代后期到07年的生产方式，这不是某种特殊用途的钢柱。其性能完全等同于现行的国际软横跨型G型格构钢柱。

1.2 现场两个钢柱型号

L2#钢柱采用的型号是GX250/13；L1#钢柱采用的型号是GS250/13，由此我们知道，L2#钢柱选用的型号明显是错了！应当用GS250/13型！

选错了型号就一定会出事吗？莲东的七组双线路腕臂为什么从95年一直用到04年，为什么不出事？

2、L2#钢柱的负荷计算

2.1 L2#钢柱与L1#钢柱的负荷

负荷示意图：

2.2 负荷计算

考虑的负荷：吊柱自重（150）、双线路腕臂自重（450）、悬挂自重（210）、支撑装置自重（190）

2.3 总负荷和总负荷产生的水平力

吊柱自重产生的水平力：F1=11.5*150/4.2=410.7KG

支撑装置自重产生的水平力：F2=10*190/4.2=452KG

悬挂自重产生的水平力：F3=8.5*210/4.2=425KG

双线路腕臂自重产生的水平力：F4=6.5*450/4.2=696.42KG

合计作用在双线路腕臂上的水平力为1984KG，也就是说拉杆的水平拉力为1984KG。

2.4 支柱负荷

该支柱在此处能承受的水平力为250KN*M/13M=19.23KN，由此我们看到基本负荷已经超出了支柱的额定负荷！

2.5 双线路腕臂主角钢负荷

核算这个长1.25米的L63*5的角钢的受力：

该角钢能够的额定负荷：2*235*（63*63*5+5*5*58）/625=16013.84（N）该角钢能够的极限力：2*380*（63*63*5+5*5*58）/625=25894.72（N）

2.6 L2柱主角钢超额定负荷

从前面计算，我们可以清楚的看到：因为没有超过主角钢的极限负载，当时所有负荷也“顺利”的进行了加载，也证明了在静态时支柱是是能够承受的！但是，接触网是处在室外的，还有风、冰、震动等负荷我们没有考虑，特别是震动、风摆等，在受到这些综合力长时间作用的情况下（主要是产生的扭力），风、震动、扭动力的作用下，对两个主角钢的作用，是一个加大，另一个减少，这样，双线路腕臂的负荷在极端情况下几乎是全加在一个主角钢上了，通过前面的计算，我们知道：这时主角钢已经超过了额定负荷！经过反复扭动、冲击，在12.29现场7级大风面前，L2钢柱真正是疲劳了！

3、L1#钢柱为什么不倒下

L1#钢柱的安装结构、现场情况和L2#钢柱完全一样，不一样的是L1#钢柱采用的型号是GS250/13，一个S和X的不同造成了两个不同的结果！下面我们也来分析一下吧。

3.1 L1#钢柱的负荷

无疑，从前面的计算我们知道：L1#钢柱的负荷也是超过了额定负荷！其负荷也是双线路腕臂上的水平力为1984KG，拉杆的水平拉力为1984KG

3.2 L1#钢柱主角钢的额定负荷

但GS250/13钢柱在双线路腕臂底座处的主角钢是L80*80*8的！

该角钢能够的额定负荷：2*235*（80*80*8+8*8*72）/625=41967.616（N）

该角钢能够的极限力：2*380*（80*80*8+8*8*72）/625=67862.528（N）

3.2 L1#鋼柱的结论

由此可知，虽然L1#柱受力超过了钢柱额定负荷，但其主角钢的受力没有超过主角钢的额定负荷，它的一个主角钢就能承受双线路腕臂两倍的负荷！所以L1#钢柱在风中依靠安全系数的支撑下渡过了12.29，而它的同伴L2#在强风的威吓声中低下了头。

4、莲东的七组双线路腕臂柱

4.1 焦枝线莲东车站的七组双线路腕臂

在候月线电气化开通时，在太行山山口处的焦枝线莲东车站有七组双线路腕臂，采用的支柱型号为G25/15（单位：吨/米），开通前就发现，因为没有采用双线路腕臂钢柱，钢柱局部有变形！安全风险着实令人担忧，其安装结构如下图所示：

4.2 莲东钢柱与L2#钢柱的比较

从上表，我们可以清楚的看出：

4.2.1 莲东柱比L2柱双线路腕臂的受力结构要好的多，（莲东柱高、且双线路腕臂安装的低，双线路腕臂也短）。

4.2.2 莲东柱比L2柱悬挂的负荷要轻的多：几乎没有支持装置、还有一支悬挂在近支柱侧、折算到受力三角形上就只有原来的3.5/9的负荷了。

4.2.3 莲东柱比L2柱双线路腕臂重量要轻：莲东柱是双63型槽钢，L2柱是400*400*5的方管钢。

4.2.4 莲东双线路腕臂后有5支悬挂的软横跨，提供了近610公斤的水平拉力，这个拉力和双线路腕臂的水平力方向相反，抵消了很多负荷，L2柱什么也没有，应当说加个拉线受力情况会好很多！

4.2.5 莲东处于太行山的风口处最大12级风，比L2柱处的7级大风要强劲的多。

5、结论

5.1 莲东的七组双线路腕臂，从95年安全运营到04年，是有认真、充分的计算、分析确定的，其负荷是在额定负荷以内的，局部主角钢型号也在额定负荷以内，只是钢柱型号不对，双线路腕臂型钢柱，主角钢对双线路腕臂的震动、扭动抵抗力不足，造成了局部变形。多年的实践证明，对钢柱进行局部加强措施以后，是安全可靠的。

5.2 还有一点要说的是莲东双线路腕臂与钢柱是软连接（单、双耳连接方式），连接的缓冲空间较大，在风、震、扭动力的作用下有一定的缓冲作用；而L2柱是硬连接，在风、震、扭动力的作用下，对两个主角钢的作用力，是直接的一加一减，瞬时的冲击扭力无缓冲，这对钢柱主角钢的受力非常不利。

5.3 L2号钢柱出事是必然的，最大的错无疑是钢柱型号的错！其次是一系列的加重负荷的结构，如：可以近端定位的而用成了远端定位；支柱基础没有增高；双线路腕臂没有降低；拉杆本应当直接装在横向承力索安装孔，而用外了包式底座；本可以直接在双线路腕臂上进行悬挂，而采用了立柱悬挂方……等等。

5.4 L1号钢柱没有出事是幸运的，但其中也有必然的因素，毕竟L1#钢柱的负荷是超过了额定负荷！但GS就是专门用于双线路腕臂的钢柱，其主角钢是比G型钢柱大多了！

参考文献

[1]电气化铁道接触网零部件标准[M].TB/T2075.

[2]郭富强.《浅谈接触网站场改造及过渡工程施工》[J].西铁科技，2000（2）：27-31.

[3]郭富强.《浅淡接触网钢柱基础》[J].西铁科技，2003（2）15-16.