接触网硬横跨结构二阶弹性分析

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摘要：本文依据接触网硬横跨结构的工作状况，分析与探讨结构在自重及风荷载作用下，理想结构和计及结构初始几何缺陷的硬横跨结构的受力机理及内力变化规律，在此基础上探讨影响结构二阶效应的因素，并得到结论。

关键词：接触网硬横跨结构; 一阶弹性分析; 二阶弹性分析; 初始几何缺陷

中图分类号：TM922.5 文献标识码： A 文章编号：

接触网硬横跨结构是近几年在电气化铁路上广泛应用的列车线路支持结构，它是由承力索和各个硬横跨连接而成的连续体系，在荷载作用下，由于导线和硬横跨的相互作用，构成了一种复杂的空间耦联振动体系，因此对它进行精确计算十分困难。目前对其的结构设计是假定结构是无缺陷的理想构件，但是实际的硬横跨结构不可避免的存在初始几何缺陷，这些缺陷将使硬横跨受压支柱的荷载效应增大，整体稳定承载力降低。本文对硬横跨结构在各种因素的影响下，理想构件和考虑初始几何缺陷的结构的受力性能进行分析，从而探讨硬横跨结构合理的设计方法。

1硬横跨结构内力和位移的计算与对比分析

本文根据硬横跨的工作状况，应用解析法和有限元法对五种跨度（21m、26m、31m、36m和41m）

的硬横跨结构，在自重和风荷载作用下进行分析。以柱顶弯矩为例，计算结果对比分析见表1。

表1 柱顶弯矩对比(kN•m)

由表中数据可得出解析法和有限元法中考虑几何缺陷的各杆件内力要比理想的杆件内力有所增大，其中各杆件的弯矩增大幅度较大，但是几何缺陷的存在并不是使硬横跨梁柱两端的内力都增大；柱顶初始侧移越大，增幅越大；从26m跨到41m跨，弯矩整体趋势是增大的，但是增大的幅度逐渐减小；柱底的内力变化规律与柱顶类似。对于硬横梁，两端的内力值的变化规律同柱顶。

总体来说，各构件两端的弯矩增大幅度最大，剪力的增大幅度次之，轴力的增大幅度最小，同时梁端和梁跨中的内力也增大了；柱顶位移也是随着跨度的增大而增大。因此，硬横跨的二阶效应是不能忽视的，有必要讨论影响其二阶效应的因素。

2硬横跨结构二阶效应的影响因素

本文综合分析了影响硬横跨结构二阶效应的因素，主要有以下几个方面：

2.1 跨度

由于硬横跨结构支柱的高度、截面尺寸等不变，所以它的截面刚度是不变的，当跨度增大时，梁的线刚度就随之减小，硬横跨横梁对支柱侧移的约束能力就减弱了，这时柱子的侧移就增大了，从而使硬横跨结构的二阶效应就显著了。

2.2 承力索

接触网硬横跨体系正常工作时，索和硬横跨结构是相互作用的一个整体，承力索上作用的风荷载势必会对硬横跨结构有反作用力的影响，因此本文利用有限元分析了硬横跨无索的情况，结果表明，无索和有索时柱端弯矩相差较大，剪力和轴力相差较小，硬横梁的内力值变化规律与柱的内力值变化规律相同。

2.3 几何缺陷的大小

本文的分析中，取三种不同的整体几何缺陷值，对硬横跨结构进行分析，初始几何缺陷的大小，对硬横跨结构的二阶效应也有影响。缺陷越大，其对二阶内力的影响就越大；反之则小，尤其是对弯矩的影响，对轴力和剪力的影响较小。

2.4 剪切变形剪切变形在格构式截面的变形中占较大比例，将导致硬横跨结构的构件中产生较大的附加侧向变形，因此剪切变形也是影响硬横跨结构二阶效应的一个因素。

3硬横跨结构设计方法的探讨

本节利用等效荷载法对硬横跨结构进行一阶弹性计算，把与初始几何缺陷等效的水平荷载作用在硬横跨的柱顶，然后与硬横跨结构上的风荷载、重力荷载组合，求出各构件的内力。把计算结果与有限元分析作对比，取的整体几何缺陷与的柱始弯曲组合的情况，以柱端弯矩为例，由计算结果可得出，两种方法计算的结构内力误差较小，位移误差也较小，因此可认为本文中所取的与初始几何缺陷等效的水平荷载值能够满足一定的精度，能用来进行硬横跨结构的二阶弹性分析与设计。

4结论

通过本文的分析，得到以下结论：

1．通过解析法和有限元法分析结果的对比分析可知，硬横跨结构随着跨度的增大，其内力和位移随之增大，跨度较大时，需要对硬横跨结构进行二阶分析。

2．硬横跨结构的梁柱线刚度比、承力索、缺陷的大小、剪切变形等均对硬横跨的二阶效应有不可忽视的影响，这在硬横跨的结构设计及施工时应注意，尽量避免。

3．硬横跨结构的二阶分析可采用等效荷载法来对硬横跨进行二阶分析，以考虑初始几何缺陷的影响以及结构和构件的二阶效应。

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