Краткие теоретические сведения. Для контактной сети решающими являются нагрузки климатического характера: ветер, гололёд и температура воздуха
Для контактной сети решающими являются нагрузки климатического характера: ветер, гололёд и температура воздуха, действующие в разных сочетаниях. Эти нагрузки имеют случайный характер: их расчётные значения за какой-либо период времени могут быть определены статистической обработкой данных наблюдений в районе электрифицированной линии.
Нагрузки, действующие на провода контактной сети, делятся на постоянные, кратковременные и особые.
К постоянным нагрузкам относятся: нагрузки от веса конструкций, веса проводов, веса и давления грунтов, горного давления.
К кратковременным нагрузкам относятся: ветровые нагрузки, гололёдные нагрузки, температурные климатические воздействия.
К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывного воздействия; нагрузки, возникающие от повреждения конструкций и т.п.
Для установления расчётных климатических условий пользуются картами районирования территории России, для упрощённых расчётов варианты задаются преподавателем.
Нагрузка от веса проводов является равномерно распределённой вертикальной нагрузкой, которую можно определить, пользуясь справочной литературой.
Рекомендуемая величина нагрузки от струновых зажимов (g c) составляет 0,05 даН/м при одном контактном проводе.
Нагрузку от собственного веса цепной контактной подвески (g п) можно рассчитать по формуле:
g п= g нт+ n (g кп+ g c), даН/м
где n – число контактных проводов;
g кп - нагрузка от собственного веса контактного провода;
g нт - нагрузка от собственного веса несущего троса.
Для выполнения расчета нагрузки от собственного веса несущего троса и собственного веса контактного провода необходимо выбрать из справочной литературы.
Вес контактного провода (g кп) и вес несущего троса (g нт) определяется в зависимости от марки провода по таблице П1 [7, с. 166].
Например, для несущего троса ПБСМ-70: g нт= 0,586 даН/м;
для контактного провода МФ-85: g кп= 0,74 даН/м.
Гололедная нагрузка вызывается гололёдом, представляющим собой слой плотного льда стекловидного строения с плотностью 900 кг/м3. Для расчётов принимаем, что гололёд выпадает цилиндрической формы с равномерной толщиной стенки льда, по воздействию нагрузка является вертикальной.
На толщину стенки гололёда на проводах оказывает влияние диаметр проводов. Поэтому при определении толщины стенки гололёда на проводах и тросах разных диаметров заданную толщину стенки гололёда умножают на коэффициент кг’.
На интенсивность гололёдных образований большое влияние оказывают высота расположения провода над поверхностью земли. Поэтому при расчёте толщины стенки гололёда на проводах, расположенных на насыпях, значение толщины стенки гололёда следует также умножить на поправочный коэффициент кг”.
Расчётную гололёдную нагрузку на провода контактной сети следует умножить на коэффициент перегрузки nг, учитывающий изменение гололёдной нагрузки в зависимости от рельефных условий расположения цепной контактной подвески.
Коэффициенты перегрузки пг принимают:
п'г = 1,25—для участков контактной сети, сооружаемых в местах с явно выраженным усилением гололедной нагрузки (возвышенности и перевалы, резко выделяющихся над окружающей местностью, наветренные склоны возвышенностей и речных долин, вершины холмов, насыпи высотой более 5 м); таким образом, гололедную нагрузку увеличивают на 25 % по сравнению с принятой для данного района;
пг'' = 0,75 — для участков контактной сети, расположенных в котловинах, узких долинах, проходящих меридиально, в местах сплошной застройки, в лесных массивах, не подлежащих вырубке, в выемках глубиной более 6 м, а также при наличии снегозащитных лесных полос вдоль железной дороги с высотой деревьев или зданий, превышающей высоту подвески контактного провода; таким образом, гололедную нагрузку уменьшают на 25 %.
Ветровые нагрузки на провода контактной сети зависят как от средней скорости ветра, так и от характера поверхности окружающей местности и высоты расположения проводов над землёй. В соответствии со строительными нормами и правилами «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» расчётную скорость ветра для заданных условий (высоты расположения проводов над поверхностью и шероховатости поверхности окружающей местности) определяют умножением нормативной скорости ветра на коэффициент кv, зависящий от высоты расположения проводов над поверхностью земли и от её шероховатости.
Ветровая нагрузка на провода цепной контактной подвески является горизонтальной нагрузкой.
Из разного сочетания метеорологических условий, действующих на провода контактной сети, можно выделить три расчётных режима, при которых усилие (натяжение) в несущем тросе может оказаться наибольшим, т.е. опасным для прочности троса:
· режим минимальной температуры – сжатие троса;
· режим максимального ветра – растяжение троса;
· режим гололёда с ветром – растяжение троса.
Для этих расчётных режимов и определяют нагрузки, действующие на несущий трос. В режиме минимальной температуры несущий трос испытывает нагрузку только вертикальную – от собственного веса; ветер и гололёд отсутствует; в режиме максимального ветра на несущий трос действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, гололёд отсутствует. В режиме гололёда с ветром на несущий трос действуют вертикальные нагрузки от собственного веса проводов контактной подвески, от веса гололёда на проводах подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, покрытый гололёдом при соответствующей скорости ветра.
Рассчитать нагрузки, действующие на провода цепной контактной подвески, определить коэффициенты для расчета в различных режимах воздействия нагрузок можно по приведенным ниже формулам.
Нагрузку на несущий трос от веса гололеда можно определить по формуле:
g гнт=n г 0,0009 
b 
(d+ b )
где n г- коэффициент перегрузки, учитывающий влияние высоты расположения провода над землёй на интенсивность гололедных образований.
n г = 1 – для станции, расположенной на нулевом месте.
Расчетная толщина корки гололеда:
b = к 'г к "г b н , мм
где к 'г – коэффициент, учитывающий влияние диаметра НТ на толщину гололедных образований [8, с. 46, таблица 2];
к "г – коэффициент, учитывающий влияние высоты расположения контактного провода на толщину гололедных образований (на насыпи) [8, с. 46, таблица 3].
Расчётную толщину стенки гололёда с учётом поправочных коэффициентов допускается округлять до ближайшей целой цифры.
На контактных проводах расчётную толщину стенки гололёда устанавливают равной 50% толщины стенки, принятой для прочих проводов контактной сети, так как здесь учитывается уменьшение гололедообразования за счёт движения электропоездов и плавки гололёда (если таковая имеется).
Нагрузку на контактный провод от веса гололеда можно рассчитать по формуле:
g гкп= n г 0,0009 
(d ср+ 
),
где d ср= 
– средний диаметр КП;
А и Н – ширина и высота сечения (соответственно) для контактного провода [7, с. 166, таблица П1].
Нагрузку от веса всех проводов цепной контактной подвески, покрытых гололедом можно рассчитать по формуле:
g гп= g п+ g гнт+ g гкп n
Ветровую нагрузку на несущий трос при максимальном ветре можно рассчитать по формуле:
p нт =с х 
, даН/м,
где с х=1,2 – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ветру, отнесённый к площади сечения провода [7, с. 172, таблица П6];
к v – коэффициент ветрового воздействия в зависимости от рельефа местности [7, с. 173, таблица П7].
Ветровую нагрузку на контактный провод в режиме максимального ветра можно рассчитать по формуле:
p кп = с х 
, даН/м
Рассчитать ветровую нагрузку на несущий трос, покрытый гололедом можно по формуле:
p гнт = с х 
даН/м
Рассчитать ветровую нагрузку на контактный провод, покрытый гололедом можно по формуле:
pгкп= с х 
даН/м
Расчёт проводов на совместное действие вертикальных (масса проводов, гололед) и горизонтальных (давление ветра) нагрузок ведут по суммарным (результирующим) нагрузкам, определяемым геометрическим сложением вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Суммарную нагрузку на несущий трос при максимальном ветре можно рассчитать по формуле:
даН/м
Суммарную нагрузку на несущий трос в режиме гололеда с ветром можно рассчитать по формуле:
даН/м
Порядок выполнения
1. Рассчитать нагрузку от собственного веса цепной контактной подвески.
2. Рассчитать нагрузку на несущий трос от веса гололеда.
3. Рассчитать нагрузку на контактный провод от веса гололеда.
4. Рассчитать нагрузку от веса всех проводов цепной контактной подвески, покрытых гололедом.
5. Рассчитать ветровую нагрузку на несущий трос в режиме максимального ветра.
6. Рассчитать ветровую нагрузку на контактный провод в режиме максимального ветра.
7. Рассчитать ветровую нагрузку на несущий трос, покрытый гололедом.
8. Рассчитать ветровую нагрузку на контактный провод, покрытый гололедом.
9. Рассчитать суммарную нагрузку на несущий трос при максимальном ветре.
10. Рассчитать суммарную нагрузку на несущий трос в режиме гололеда с ветром.
Содержание отчета
1. Расчет нагрузки от собственного веса цепной контактной подвески.
2. Расчет нагрузки на несущий трос от веса гололеда.
4. Расчет нагрузки на контактный провод от веса гололеда.
5. Расчет нагрузки от веса всех проводов цепной контактной подвески, покрытых гололедом.
6. Расчет ветровой нагрузки на несущий трос в режиме максимального ветра.
7. Расчет ветровой нагрузки на контактный провод в режиме максимального ветра.
8. Расчет ветровой нагрузки на несущий трос, покрытый гололедом.
9. Расчет ветровой нагрузки на контактный провод, покрытый гололедом.
10. Расчет суммарной нагрузки на несущий трос при максимальном ветре.
11. Расчет суммарной нагрузки на несущий трос в режиме гололеда с ветром.
12. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Поясните, для чего производят расчёт нагрузок, действующих на провода контактной сети.
2. Укажите, какие факторы влияют на изменение гололёдной нагрузки.
3. Расскажите, что такое коэффициент перегрузки.
4. Поясните, почему на контактном проводе гололёдная нагрузка принимается в два раза меньше, чем на несущем тросе.
5. Объясните, от чего зависит величина ветровой нагрузки на провода контактной сети.
6. Поясните, почему при расчёте ветровой нагрузки на контактный провод для расчёта принимают высоту сечения контактного провода?
Практическое занятие № 5