CN112727544B - 一种铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道。它包括沿线路纵向方向镶嵌于隧道内壁的异形钢槽道和沿线路纵向方向间隔设置于异形钢槽道内的心形螺栓，所述异形钢槽道通过锚杆固定于隧道内壁上，所述心形螺栓通过卡榫安装于异形钢槽道内部，所述卡榫与异形钢槽道的侧壁齿槽配合，所述心形螺栓的头部与卡榫和异形钢槽之间为圆弧面接触。本发明结构简单、受力更加合理，消除了结构的应力集中现象，加强了承受疲劳载荷的能力，使用寿命更长。
Description
技术领域
本发明属于隧道构件技术领域，具体涉及一种铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道。
背景技术
预埋槽道是用于固定主体结构外表面附属构件(电缆、支架、排水管及疏散平台等)的一种装置，在铁路隧道里面有广泛的应用。目前铁路隧道所采用的预埋槽道结构基本上都是采用TB/T3329-2013《电气化铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道》上推荐的截面(上述标准中图1)，尺寸(上述标准中表1)，材料(上述标准中5.2内容)以及相关的技术条件。该标准上推荐的槽道结构是一款比较经典的结构，但该结构也存在以下不足之处：(1)该结构的型材在受力时，存在特别明显的应力集中，这样导致结构受到疲劳载荷时，容易疲劳失效，影响结构的安全性，由于有应力集中的存在，导致预埋槽道在选材上只能选择强度较高的钢材，对于防腐要求较低，力学性能稍差的材料(例如铝合金)很难得到应用。(2)为了抵抗沿槽道的轴向力，槽道需要设计抵抗沿槽道轴向滑移的结构，该标准采用的办法是在异型钢内侧加工齿槽，由于结构的限制，该齿槽的加工非常复杂。(3)由于槽道和螺栓结构的限制，螺栓无法在槽道内自由转动，当被安装的附属构件位置出现偏差时，螺栓便无法满足良好的固定作用。(4)由于槽道与混凝土之间属于平面接触，为了槽道与混凝土有稳定的连接，导致锚筋的使用量比较大(锚筋间距≤250mm)。
随着现代铁路隧道建设的里程越来越长，隧道内极端环境越来越恶劣，所以隧道预埋槽道在使用年限，防腐能力上需要得到提高，如何通过优化槽道的结构受力形式，增强结构的抗疲劳载荷能力，尽量采用对防腐要求依赖低的材料，等一系列增加隧道预埋槽道耐久性的措施，是我们亟待研究和解决的关键技术。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种结构简单、受力合理、成本低的铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道。
本发明采用的技术方案是：一种铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道，包括沿线路纵向方向镶嵌于隧道内壁的异形钢槽道和沿线路纵向方向间隔设置于异形钢槽道内的心形螺栓，所述异形钢槽道通过锚杆固定于隧道内壁上，所述心形螺栓通过卡榫安装于异形钢槽道内部，所述卡榫与异形钢槽道的侧壁齿槽配合，所述心形螺栓的头部与卡榫和异形钢槽道之间为圆弧面接触。
进一步地，所述异形钢槽道的内壁包括底面、相对的第一侧壁和相对的第二侧壁，所述第一侧壁设置于底面与第二侧壁之间，所述第一侧壁为与心形螺栓头部侧面相配合的圆弧面，所述第二侧壁上设有设有齿槽。
进一步地，所述异形钢槽道外壁沿线路纵向方向设有凹陷的混凝土槽。
进一步地，所述卡榫为方形结构，卡榫中部开有用于心形螺栓的螺杆穿过的通孔，卡榫沿线路纵向方向的外壁上设有齿槽，卡榫上的齿槽与异形钢槽道内壁上的齿槽相配合。
进一步地，所述卡榫位于异形钢槽道内部的端面为与心形螺栓头部侧面相配合的凹柱面。
进一步地，所述通孔为中心直孔，通孔的轴线与异形钢槽道的内壁底面垂直。
进一步地，所述通孔为偏心斜孔，通孔的轴线与异形钢槽道内壁底面呈一定夹角。
进一步地，所述心形螺栓的头部表面包括顶面和侧面，所述顶面为平面结构，顶面与侧面之间圆滑过渡，顶面与异形钢槽道的内壁底面之间间隔一定距离，所述侧面的纵向截面为心形结构。
本发明采用心形螺栓头、异型钢，结构载荷传递处均为圆滑过渡，经检算，TB/T3329-2013上的结构形式，在常规载荷作用下，结构在“凹陷、尖角”等截面突变处应力集中较明显，其等效应力值为180MPa左右，由于强度原因，限制了铝合金等防腐要求较低的材料在预埋槽道的应用，而本发明提供的结构，在相同载荷情况下，无明显应力集中现象，应力均能保持在60MPa以内，消除了结构受力时的应力集中，提高了结构抗疲劳载荷能力，为材料的选择范围提供了有利条件。
由于各种误差原因导致被安装的附属构件位置出现偏差时，螺栓需倾斜安装，TB/T3329-2013上的结构形式无法适应其误差，安装后极易导致螺栓头与槽道单边接触(正常为双边接触)，进一步加剧应力集中现象，安装状态也很难保证稳固，影响结构结构的安全性能，当采用本发明提供的结构时，异型钢槽道与螺栓头采用圆柱面接触，保证良好接触的同时，还可以容许螺栓有±10°的转角能力，转角后不影响其使用性能，增加了适应性。
预埋槽道需要满足一定的载荷要求，TB/T3329-2013上的槽道侧面是光滑面，与混凝土的“握裹”能力不足，需要设置足够多的锚杆，以保证其受力要求，上述标准规定锚杆的最大间距为250mm，当采用本发明提供的结构时，异型钢槽道设置了两条混凝土槽，增加了混凝土与异型钢槽道的抗滑移能力，同时混凝土可以有效的“卡紧”槽道；经检算，设置凹陷的混凝土槽后，锚杆的最大间距可以由上述标准规定的250mm提高到500mm，而不改变其力学性能，以此降低锚杆的使用量。
本发明的异型钢槽道及卡榫结构上设置有齿槽，有效的限制了螺栓沿异型钢槽道轴线方向的滑移，抵抗沿槽道轴线的水平力。
综上所述，本发明结构简单、受力更加合理、成本低，消除了结构的应力集中现象，加强了承受疲劳载荷的能力，使用寿命更长。
附图说明
图1为本发明单个螺栓、卡榫与异型钢槽道连接示意图。
图2为本发明安装横截面示意图。
图3为图2中A处放大图。
图4为本发明转角功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
如图1-4所示，本发明提供一种铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道，包括沿线路纵向方向镶嵌于隧道内壁3的异形钢槽道1和沿线路纵向方向间隔安装于异形钢槽道内的心形螺栓2，所述异形钢槽道1通过锚杆4固定于隧道内壁上，所述心形螺栓2通过卡榫5安装于异形钢槽道1内部，所述卡榫5与异形钢槽道1的侧壁齿槽配合，所述心形螺栓2的头部与卡榫5和异形钢槽道1之间为圆弧面接触。
本发明采用心形螺栓头、异型钢槽道，螺栓的拉力通过心形螺栓头的左右两边传递到异型钢槽道上，拉力在传递的过程中，没有尖角等结构，受力均匀，无应力集中的现象产生，提高了结构抗疲劳载荷能力，为材料的选择范围提供了有利条件。
上述方案中，异形钢槽道1的内壁包括底面1.3、相对的第一侧壁1.2和相对的第二侧壁1.1，所述第一侧壁1.2设置于底面1.3与第二侧壁1.1之间，所述第一侧壁1.2为与心形螺栓头部侧面相配合的圆弧面，所述第二侧壁1.1上设有设有齿槽1.5，即该齿槽设置在异形钢槽道内侧壁靠近出口的位置，方便加工，通过该齿槽与卡榫5侧边的齿槽配合，以此实现限位功能，有效的限制了螺栓沿异型钢槽道轴线方向的滑移，抵抗沿槽道轴线的水平力。异型钢槽道内表面与螺栓头外表面均设置成半径相等的圆弧面，保证良好接触的同时，也可以防止螺栓在使用的过程中出现不可预估的回转。
上述方案中，异形钢槽道1两侧的外壁沿线路纵向方向均设有凹陷的混凝土槽1.4，混凝土槽1.4增加了混凝土与槽道的粘合性，同时混凝土可以有效的“卡紧”槽道。混凝土槽1.4在预埋时，混凝土砂浆可以流进预设的混凝土槽里面，凝固之后起到卡紧槽道的作用。可以减少锚杆的使用量，节约资源成本。
上述方案中，卡榫5为方形结构，卡榫5中部开有用于心形螺栓的螺杆穿过的通孔，通过改变卡榫通孔的位置，即可实现螺栓绕异型钢槽道轴线转动的功能。卡榫5沿线路纵向方向的外壁上设有齿槽5.1，卡榫5上的齿槽与异形钢槽道1内壁上的齿槽相配合。卡榫5位于异形钢槽道内部的端面5.2为与心形螺栓1头部侧面相配合的凹柱面。
通过改变卡榫通孔的位置，即可实现螺栓绕异型钢槽道轴线转动的功能，如通孔可以是中心直孔，即通孔的轴线与异形钢槽道轴线重合，如图3所示，此时可避免螺栓相对异型钢槽道轴线较大转动；通孔也可以是偏心斜孔，即通孔的轴线与异形钢槽道轴线呈一定夹角，如图4所示，此时可实现螺栓绕异型钢槽道轴线一定角度转动。
上述方案中，心形螺栓2的头部2.1表面包括顶面2.2和侧面2.3，所述顶面2.2为平面结构，顶面2.2与侧面2.3之间圆滑过渡，顶面2.2与异形钢槽道1的内壁底面1.3之间间隔一定距离，所述侧面2.3的纵向截面为心形结构，即侧面是呈外凸形的凸锥面，从而保证没有尖角结构，并与异形钢槽道和卡榫呈圆弧面接触。
本发明预埋槽道首先将异型钢槽道与锚杆焊接成整体，然后预埋入混凝土结构中，需要锁紧附属构件时，插入心形螺栓，根据心形螺栓的转角要求选择合适通孔的卡榫，然后安装附属构件，拧紧螺母。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道，其特征在于：包括沿线路纵向方向镶嵌于隧道内壁的异形钢槽道(1)和沿线路纵向方向间隔设置于异形钢槽道内的心形螺栓(2)，所述异形钢槽道(1)通过锚杆(4)固定于隧道内壁(3)上，所述心形螺栓(2)通过卡榫(5)安装于异形钢槽道(1)内部，所述卡榫(5)与异形钢槽道(1)的侧壁齿槽配合，所述心形螺栓(2)的头部与卡榫(5)和异形钢槽道(1)之间为圆弧面接触，心形螺栓的拉力通过头部的左右两边传递到异形钢槽道上；
所述异形钢槽道(1)的内壁包括底面(1.3)、相对的第一侧壁(1.2)和相对的第二侧壁(1.1)，所述第一侧壁(1.2)设置于底面(1.3)与第二侧壁(1.1)之间，所述第一侧壁(1.2)为与心形螺栓(1)头部侧面相配合的圆弧面，所述第二侧壁(1.1)上设有设有齿槽；
所述卡榫(5)为方形结构，卡榫(5)中部开有用于心形螺栓的螺杆穿过的通孔，卡榫(5)沿线路纵向方向的外壁上设有齿槽，卡榫上的齿槽与异形钢槽道内壁上的齿槽相配合；
所述心形螺栓(2)的头部(2.1)表面包括顶面(2.2)和侧面(2.3)，所述顶面(2.2)为平面结构，顶面(2.2)与侧面(2.3)之间圆滑过渡，顶面(2.2)与异形钢槽道(1)的内壁底面之间间隔一定距离，所述侧面(2.3)的纵向截面为心形结构。
2.根据权利要求1所述的铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道，其特征在于：所述异形钢槽道(1)外壁沿线路纵向方向设有凹陷的混凝土槽(1.4)。
3.根据权利要求1所述的铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道，其特征在于：所述卡榫(5)位于异形钢槽道内部的端面(5.2)为与心形螺栓头部侧面相配合的凹柱面。
4.根据权利要求1所述的铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道，其特征在于：所述通孔为中心直孔，通孔的轴线与异形钢槽道(1)的内壁底面(1.3)垂直。
5.根据权利要求1所述的铁路接触网隧道内圆柱面自适应预埋槽道，其特征在于：所述通孔为偏心斜孔，通孔的轴线与异形钢槽道内壁底面呈一定夹角。
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