第11讲 接触网软横跨计算.doc

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接触网教案(电化2003级试用)第九讲接触网软横跨计算【基本要求】：1、掌握软横跨支柱负载计算的原则、方法；2、掌握软横跨支柱的容量计算和型号的选择；3、掌握软横跨的预制计算方法。11.1、软横跨计算概述软横跨计算有两个方面的内容：软横跨支柱负载计算和软横跨预制计算，前者完成支柱容量校验，后者完成软横跨上部工程的预制。一、两个基本假设：1、接触悬挂的垂直负载由横向承力索承担；2、接触悬挂的水平负载由上部固定绳和下部固定绳承担。二、计算内容：1、横向承力索张力计算（）；2、上、下部固定绳张力计算（）；3、软横跨各种几何尺寸的确定；4、软横跨支柱的最大弯矩（M）；三、计算原则：1、考虑支柱可能出现的最危险情况，如最大风，覆冰等；2、横向承力索承受纵向悬挂及节点的全部垂直负荷；3、上部固定绳承受纵向承力索的水平负载如曲线力、风负载、下锚力等；4、下部固定绳承受接触线的水平负载，如曲线力、之字力、下锚力和风负载等；5、假设所有水平负载均朝一个方向，以便算出最大值状态；6、当软横跨跨越六股道或承受六组以上接触悬挂时采用双横承力索。四、需要的资料：1、气象资料（最大风速、覆冰厚度、最低温度）；2、线路资料（股道数、股道间距、曲线半径、跨距等）；3、悬挂线索的参数（线材、截面积）；4、节点形式及分布。11.2、软横跨支柱负载计算一、求垂直负载软横跨单位重量纵向接触悬挂重量+一般节点重量+（带绝缘子节点重量）……………………(11-1)第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)1、软横跨单位重量为横向承力索和上、下部固定绳分摊到该悬挂点的重量，其计算式为：（……………………(11-2)式中、、表示第i个悬挂点距计算点A的距离；、横向承力索的单位自重；、定位索单位自重。2、纵向接触悬挂自重，……………………………………(11-3)式中：纵向接触悬挂单位自重；悬挂点的悬挂组数；纵向悬挂的跨距；覆冰单位自重。3、节点重量的取值请参考表11-1。表11-1节点自重（）参考数据节点号使用条件1、2、3、45、11、12、、6、7、10、、89大站无冰7010206535有冰8010207545小站无冰5510205035有冰6510206045说明：1、本表仅供学习计算时使用，对于每一个节点的实际重量应根据具体情况进行核算；2、绝缘子的片数，大站取为4、小站取为3；节点9取为4；3、绝缘子的覆冰重量取为10。二、求横向承力索的水平分力1、列出各力对悬挂点A的力矩方程，求解出悬挂点B的垂直分力……………………………………(11-4)式中……………………………(11-5)显然………………………………………(11-6)第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)图9-1软横跨力矩计算用图2、利用试探法求横向承力索的最低点当-…而-…-时，则认为为横向承力索的最低点位置；当-…而-…-时，则横向承力索有两个最低点：、。3、对最低点取力矩………………（11-7）式中是半侧悬挂各垂直负载对最低点的力矩和。三、求上、下部固定绳的张力考虑最严重的情况即所有风均向一个方向吹，则…………………(11-8)……………………(11-9)式中各符号意义如下：P、表示水平力；s、上部绳；X、下部绳；C、承力索；J、接触线；V、风力；R、曲线力；M、下锚力；之、之字力。…………………………（11-10）…………………（11-11）其中：，为松边张力，大站取为2KN，小站取为1KN。四、软横跨支柱容量计算…………………………(11-12)式中软横跨支柱基础面处可能出现的最大弯矩；、、的含义同前；、第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)、、分别是横向承力索，上部固定绳，下部固定绳固定点、软横跨支柱顶点到基础面的高度，、、、的取值参见表11-2；支柱风负载；如有附加导线还应考虑附加导线的负载。软横跨结构及各参数标示见图11-2。表11-2横向承力索及上下部固定绳的安装高度支柱类型钢筋混凝土柱钢柱支柱高度()121315横向承力索安装高度11.90(11.10)12.935(12.335)14.935(14.335)上部固定绳安装高度()小站8.66(7.86)8.46(7.86)8.46(7.86)大站11.11(8.31)8.91(8.31)8.91(8.31)下部固定绳安装高度()小站7.10(6.00)6.90(6.00)6.90(6.00)大站7.55(6.35)7.35(6.45)7.35(6.45)说明:1、表中数据系指线索固定点至基础面（混泥土柱为地线孔）的距离；2、基础面至轨平面的距离，钢柱取为0.6，混凝土柱取为0.8；3、表中（）内的数字系指对正线轨面高度。图11-2软横跨结构参数示意图9.3软横跨预制计算一、概述软横跨预制计算就是软横跨结构尺寸的计算。因其结构复杂、涉及横向跨距、股道数目及间距、支柱类型与高差、侧面限界、有否货线及中间站台等诸多因素，计算结果长期达不到理想程度，给施工带来困难，成为接触网工程建设中的关键问题之一。1、预制计算的内容软横跨预制计算主要是确定：横承力索长度；上、下定位绳长度；所有吊弦长度和最短吊弦位置。2、预制方法第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)图解法实测法没有考虑负载抛物线计算法负载模拟法负载计算法（广泛采用）抛物线计算法是把软横跨的集中负载看成是均布负载，将悬挂线索当成悬链线，用抛物线计算公式计算；图解法是将已知数据按一定比例绘制在坐标纸上，然后用曲线尺描绘横向承力索的悬线，在吊弦固定点处将悬线和上部定位索间引垂线，即得吊弦长度；实测法是现场人员利用测量绳（带有尺寸标志的细软绳）就地测量，即在两支柱悬挂点拉起，再由一端慢慢放松测量绳，使其自然下垂，当测量绳所形成抛物线的最低点达到规定位置时，则两支柱间的测量绳长度，即为横向承力索的全长，其缺点是吊弦长度不易测出，一般还用计算法去求。上述三种方法尽管在做法上各有差异，但都是利用抛物线的原理，没有考虑受力后的状态，因此，准确性差。当悬挂负载加上去以后，横向承力素的曲线状态变成了折线状态，而且由于各悬挂负载的差异，引起悬挂点发生相对位移，调整十分困难，不能满足工程要求。目前广泛应用的是负载计算法二、负载计算法负载计算法是以实际悬挂的标准形式为依据，以实际负载为计算条件，以安装后的受力状态为前提，由负载计算转化为结构尺寸计算的方法。负载计算法的计算步骤：1、确定负载；2、现场测量各实际参数；3、确定最短吊弦位置；4、计算安装结构参数：求横向承力索分段长度和总长；求上下部固定绳长度；6、结果校验。1、确定负载…………….(11-13)式中：、节点的悬挂负载（）；、纵向接触悬挂一个跨距的自重负载（）；、节点自重负载包括分段绝缘子串增加的负载（）；、横承力索及上、下部固定绳分摊于各节点的自重负载（）；、中心锚结和下锚支自重负载（）。的计算查清组成节点的零件型号及各自重量，然后将所有零件重量相加。的计算，n、悬挂点的接触悬挂组数；纵向接触悬挂的单位自重；纵向悬挂的跨距第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)。的计算(横向悬挂单位自重)横向悬挂单位自重是指横向承力索单位自重、上部固定绳单位自重、下部固定绳单位自重之和。当有覆冰时，按覆冰厚度分别计算承力索、上、下部固定绳的覆冰重量。然后换算成单位自重加入上式中，当采用双横承力索时，应计算两根横承力索之重量。的计算对于有中心锚结和下锚支的悬挂点，应根据实际应有的悬挂自重负载经计算后加于相应的悬挂节点上，对于已归算到了节点上之悬挂该项为零。2、现场实测参数软横跨计算中有许多数据是需要实际测量确定的，实测数据的准确度对软横跨预制有重大影响。实测数据应符合现场的实际情况，否则，即使计算无误差也不能达到预期的目的。软横跨预制一般应具有以下结构尺寸的原始数据，这些数据的标示如图11-2所示。(1)、侧面限界CX1、CX2；(2)、横向跨距L；(3)、横向承力索最低点至两悬挂点的水平距离l1、l2；(4)、支柱结构的斜率δ1、δ2（mm／m）；(5)、支柱偏移距离dl、d2，其中d1=H1δ1、d2=H2δ2；(6)、基础面至最高轨面的高差S1、S2；即支柱基础面（钢筋混凝土支柱由地线孔至轨面）至轨面的垂直距离，当支柱基础面高出轨面时S为正值，反之为负值；(7)、横向承力索最低点到悬挂点铅的垂直距离(横向承力索的弛度)f1、f2；(8)、相邻悬挂点间的水平距离，其中。3、确定最短吊弦位置确定最短吊弦位置有两种方法：分界力法和试探法。(1)、试探法如图11-3所示，若有：则Q3为最低点；若有：存在图11-3最短吊弦位置1则Q2、Q3点都是最低点所在位置。如图11-4所示试探法判定最低点时要用到两悬挂点的支柱反力，其计算式如下：第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)式中：图11-4最短吊弦位置2、第K节点距悬挂点A的水平距离（m）（2）分界力法假定一个最低点并以该假定的最低点为分界，将软横跨跨越的股道分为两部分，如图11-5所示。图11-5软横跨计算示意图①、假设QK点为最低点，求出软横跨横向承力索的弛度……………..(11-14)…………….(11-15)式中H、支柱高度（m）；HS、上部固定绳至正线轨平面的高度，大站7860mm，小站7260mm；S、支柱基础面至正线轨平面的铅垂距离，高于轨面取正，低于轨面取负；Cmin、最短吊弦长度，三至四股道取400；五至六股道取600；七至八股道取为800；“100”为受电弓最大抬升量100。图11-6分离体分析法示意图②、用分离体法求子力矩：子力矩是指将软横跨分解成两部分后，各自垂直负载对其悬挂点的力矩和。如图11-6所示，左半部份对A取矩有：第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)…………………..(11-16)其中………………....(11-17)右半部份对B取矩有：………………………....(11-18)其中…………………………...(11-19)③、求横向承力索水平力及分界力Y由得由得(1)(3)(2)(4)对于一个特定的软横跨结构有：(1)式等于(3)式，由此解出…………………….(11-20)对于一个特定的软横跨结构有：(2)式等于(4)式，由此解出…………………….(11-21)④、结论求出分界力Y，利用Y值的正、负来判定最低点的假设是否正确。当0≤Y≤QK时，则原假设正确；若Y<0，则说明最低点应向左移（需要重新验算）；若Y>QK则说明最低点应向右移（需要重新验算）；若Y=0，该软横跨有两个最低点，除假设者是外，其左边点也是最低点；若Y=QK，该软横跨有两个最低点，除假设者外，其右边点也是最低点。4、计算安装结构参数安装结构参数包括：各悬挂点吊弦长度、横向承力索分段长度、横向承力索总长度、上下部固定绳长度。求横承力索长度采用的是折线法，如图9-7所示，其必须的条件是a1、a2…、、…为已知条件。第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)图11-7软横跨结点高差(1)、求各点高差横向承力索悬挂最低点左侧……..(11-22)横向承力索悬挂最低点右侧……(11-23)(2)、求横承力索分段长度及总长度求出后，将它和实测数据进行数学运算求出横向承力索的分段长度…………………..(11-24)…………………………(11-25)(3)、计算各悬挂点吊弦长度最短吊弦长度：；最低点左侧的吊弦长度：；最低点右侧的吊弦长度：；(4)、计算上、下部固定绳长度…………………(11-26)………………(11-27)注意：在预制横向承力索时，应将计算长度扣除杵头杆，绝缘子串等连接零件的长度再加上承力索做回头的预留长度。5、计算结果校验…………………………(11-28)………………………(11-29)【本章小结】第11讲第10页共10页 接触网教案(电化2003级试用)本章介绍了接触网设计和施工的一个重要内容：接触网软横跨的负载计算和预制计算。软横跨支柱的负载计算与腕臂柱负载计算一样，只是其负载的确定方法略有不同，它要求求出支柱承受的水平力，其核心是要找准力臂；软横跨的预制计算内容较杂，但其宗旨是由力学计算转化为几何尺寸的计算，重点是要找准最低点位置。【问题与思考】1、软横跨的预制计算有哪些内容，其目的是什么？2、负载计算法的核心是什么？3、已知：某软横跨，采用支柱，安装后外缘垂直，经现场实测：Cx1=6、Cx2=3、、，、；悬挂类型：正线采用；站线采用；最短吊弦。其它参数见下图，试预制该软横跨。4、已知：某小站直线区段上有一组软横跨，如题图二布置。、接触线高度无冰。正线为全补偿链形悬挂，其余股道为半补偿链形悬挂，请为该软横跨选定一组支柱。题图二第11讲第10页共10页