中国中铁二院工程集团有限责任公司 四川成都 610031
摘要：目前我国铁路建设高速发展，电气化结构是牵引供电系统的基石，其接触网支柱的安全性、稳定性关系到整个铁路系统的安全运营。预应力混凝土支柱在铁路上应用广泛，本文结合其生产、应用现状中的问题，浅谈其改进与发展。
关键词：铁路；混凝土支柱 ；现状；发展
一 前言
目前，我国电气化铁路已进入蓬勃发展阶段，2016年7月13日，国家发展改革委、交通运输部和铁路总公司正式印发《中长期铁路网规划》，规划到2020年，铁路网规模达到15万公里，其中中低速铁路12万公里；到2025年，铁路网规模达到17.5万公里左右，其中中低速铁路13.7万公里左右；远期铁路网规模达到20万公里左右，其中中低速铁路15.5万公里左右，市场规模巨大。同时随着“一带一路”国家战略稳步推进，“设施联通”是沿线国家和地区合作的重要内容之一，基础设施互联互通必将成为“一带一路”建设的优先领域。轨道交通尤其是电气化铁路建设必将迎来一次更大的发展。
二 现状
1.接触网支柱使用现状
接触网支柱是在路基、隧道、桥涵、挡墙等主体工程上连接接触悬挂的基础，是保证铁道牵引供电系统安全、稳定运行的前提，因此选用一种适合铁路项目实际情况的支柱是非常重要的。目前铁路支柱类型主要有钢结构支柱和预应力混凝土支柱两大类，钢结构支柱主要有H型钢柱、钢管支柱、格构式钢柱；预应力混凝土支柱主要有混凝土横腹式支柱、混凝土等径圆杆。
2. 预应力混凝土支柱现状
预应力混凝土横腹式支柱在国内作为电气化铁路的第一种接触网支柱在宝成线上应用，混凝土等径圆杆在大秦线上首次应用，以其经济性、耐久性、美观性经受了检验，在各大铁路项目中推广应用。目前，其加工制造标准为《电气化铁路接触网预应力混泥土支柱 第1部分 横腹式支柱》（TB/T 2286.1-2008）、《电气化铁路接触网预应力混凝土支柱 第2部分 环形支柱》（TB/T 2286.2-2008）；加工制造图为部通图《横腹式预应力混凝土接触网腕臂支柱》（图号：通化【2007】1202）、《环形等径预应力混凝土支柱》（图号：通化【2007】1201）。
3.预应力混凝土支柱存在问题
3.1支柱标称容量偏低
部通图《横腹式预应力混凝土接触网腕臂支柱》（图号：通化【2007】1202）适用设计风速为30m/s，其腕臂柱最大型号为H93：垂直线路方向（即悬挂方向）最大的标准设计弯矩为100kN.m，平行线路方向最大的标准设计弯矩为19kN.m；《环形等径预应力混凝土支柱》（图号：通化【2007】1201）中Φ350腕臂柱最大型号为100/hΦ350，最大标准设计弯矩100kN.m。随着社会及铁路建设的发展，对安全质量的要求越来越高，各种附加安全系数越来越多，接触网支柱悬挂计算容量越来越大，很多工况条件下的支柱计算容量已经超过现有部通图支柱的标称容量。同时，现今异常气候多发的情况下，大风地区的结构设计风速超过部通图允许的30m/s，沿海、国外特殊大风区结构设计风速甚至会达到50 m/s。因此，为适应铁路建设的发展，研究出适应大风区的大容量的混凝土腕臂支柱是现在的迫切需求。
3.2预应力混凝土等径圆杆裂缝问题
等径圆杆纵向裂缝
裂缝以宽度来分可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝一般为小于0.05mm的裂缝，肉眼不可见，分布不均匀，沿截面不贯穿，一般不影响支柱的正常使用，但对混凝土的弹性模量、泊松比、强度、变形等力学性质都有重要的影响。随着时间的延续，各种工况的出现，微观裂缝逐步发展成宏观裂缝。形成宏观裂缝一般为多种因素共同作用的结果，其主要有以下几点：
收缩徐变：混凝土由骨料、水泥石、水分、空气及添加剂等组成的非均匀材料，由于其水分变化、温度降低及相互间的微弱化学反应而引起体积收缩，一般分为自收缩、塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩。混凝土支柱中水泥含量、骨料类型与粗细度、水灰比、配筋数量、预应力大小、支柱成型中的振动、养护方法、养护时间等都会影响收缩徐变。混凝土支柱的收缩徐变是一个长期的、复杂的过程，经长期的观察测试得出一般会长达四、五年甚至十来年时间，其变形才会达到一个较稳定的状态。一般环形支柱由于周边收缩变形大，内部变形相对较小，相互之间受到约束而产生拉应力致使混凝土支柱产生裂缝。
温度应力：混凝土硬化期间会放出水化热，内部温度不断升高，引起表面混凝土产生拉应力；支柱成型后在后期环境温度变化时，同样会在表面引起较大的拉应力。温度应力也是混凝土支柱产生裂缝的重要原因。
承受的荷载：随着支柱承受荷载的增加，微观裂缝会逐步发展增多并串联贯通加大，从而形成肉眼可见的宏观裂缝。从实验表明，荷载在极限强度30%以下时，微观裂缝几乎不发展变动；荷载在极限强度30%～70%时，微观裂缝缓慢逐步发展；荷载在极限强度超过70%时，微观裂缝迅速发展并贯通形成宏观裂缝。
加工制造及吊装安装：混凝土支柱在浇筑、成型、吊装、运输、堆放、安装等过程中，由于制造工艺、碰撞中的“琴弦效应”等都会造成微观裂缝并随着时间推移逐步发展成宏观裂缝。
玄武岩纤维支柱
三 发展及建议
预应力混凝土支柱应用前景广泛，但我们的研究及其相应的制造工艺、施工方法等不能墨守成规，应根据社会及工程现状的发展相应地作出变化以满足工程的现实需求。
1.在不显著增加支柱截面尺寸的前提下提高腕臂支柱的标称容量。建议支柱标称容量提高为120 kN.m 、150kN.m、200 kN.m；同时横腹式预应力混凝土支柱顺线路抗风能力应加强，以适应更多工况下的工程应用。
2.提高预应力混凝土支柱抗裂性能。
①从支柱材料上可以考虑抗拉强度及抗冲击性更优的纤维混凝土；
②等径圆杆从钢筋构造上可以考虑适当增加环形箍筋；
③从支柱加工制造考虑过程中严格执行“三不原则”（即不接受不合格工序、不生产不合格工序、不流出不合格工序）；
④从支柱吊装、安装等过程中加强监管，减少碰撞。
3.降低预应力混凝土支柱自重，提高耐久性能。玄武岩纤维材料发展迅速且应用广泛，其主要优点有：①高的弹性模量和抗拉强度；②化学稳定性好；③较低的吸湿性；④天然的硅酸盐相溶性；⑤密度低，自重轻。
通过玄武岩纤维与混凝土、钢筋的共同作用，在保证支柱强度的前提下可以大幅降低支柱自重，提高耐久性能。
4.预设视频监控光缆及接口。随着我国铁路运输的蓬勃发展，铁路运营实时监控是一个发展的必然需求。因此，通过支柱作为载体的监控设备将会大量的使用，支柱也需预留相应的传输接口及通道。
参考文献：
【1】.陆宏芳，高速铁路接触网工程环形预应力混凝土支柱安装工序质量控制的研究
【2】.宋连持，环形预应力混凝土支柱的防纵裂技术研究
论文作者:范荣鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：支柱论文; 混凝土论文; 预应力论文; 裂缝论文; 微观论文; 铁路论文; 环形论文; 《基层建设》2018年第4期论文;