試論負載計算法用于牽引供電接觸網軟橫跨預制

李袁瞳

【摘 要】對于牽引供電接觸網而言，在軟橫跨預制過程中，預制計算的影響因素很多，若計算結果出現較大偏差，則會直接影響工程施工進度及質量。本文總結了負載計算法的優越性，對軟橫跨的具體計算過程展開了分析，提出校驗方法，為電網系統的穩定性提供了保障。

【關鍵詞】負載計算法;供電接觸網;軟橫跨;預制

1負載計算法的優越性

對于電氣化鐵路工程而言，多股道站場因不能在各個股道之間搭建接觸網的支柱，而把橫向懸吊線索、定位線索固定于最外股道的兩個支柱，將觸網相關的定位裝置安裝于橫向懸吊線索與定位線索上，該結構叫做接觸網的軟橫跨裝置。軟橫跨結構比較復雜，分為股道兩旁接觸網支柱、上下部固定繩、懸掛于支柱的橫向承力索、連接部件的支撐定位設施等。軟橫跨結構是我國電氣化鐵路中接觸網的重要構成，表現了施工成本低、施工簡單、維護方便等優越性。但是，橫跨預制是一項重要的施工工序，計算方法的選擇很關鍵。以往的軟橫跨預制在計算中，主要采用實測法、圖解法、拋物線法等，他們都具有較好的可操作性，缺陷是預配精度不是很理想。

負載計算法指的是預先假設一下軟橫跨安裝受力后的結構，充分地考慮各個節點的受力情況，借助相關的力學模型與理論，對懸掛負載計算法進行轉型，變成結構尺寸計算法。負載計算的方法彌補了傳統方法的缺陷，結合實測的數據與荷載情況，分別予以計算。這種方法規律性很強，且與懸掛點的工作狀態幾乎等效。在展開繁瑣的計算工作中，也可對負載計算法進行相關程序的編制，利用信息技術計算。軟橫跨結構具體參見下圖：

2軟橫跨的計算過程

2.1荷載的確定

軟橫跨結構復雜、型式多樣，為了適應設計、施工及使用的統一原則，通常把常見幾種結構的裝配結構予以組合，形成軟橫跨的節點類型。軟橫跨的負載計算，指的是結合懸掛點的節點種類，及懸掛的承力索與接觸線的規格，對該節點的負載進行確定。此外，還有吊弦及線夾、縱向接觸懸掛、橫向承力索、絕緣子、上下部的定位索自重負載。各個懸掛點的荷載影響因素主要有絕緣子的種類、承力索、接觸線的組合等，根據項目實際，有時選擇瓷質盤狀的絕緣子，一般選擇復合型絕緣子，不同絕緣子自重差異較大。

2.2結構參數的設定

在軟橫跨支柱投入施工過程中，施工誤差、地形差異等因素會對計算結果造成極大的影響。所以，工作人員需在組立支柱后，再進行預制的計算，還要預先對施工現場予以實地測量，例如：股道間距、支柱側面限界及斜率、軌面到支柱基礎面的高差。詳情參見圖1，各個字母代表的含義如下：

CX1、CX2是支柱側面限界，左右兩旁支柱內緣依次到相應臨近線路中心的距離（m）;

L是橫向跨距，軟橫跨橫到承力索兩個固定點之間的水平距離（m）;

l1，l2橫向承力索的最低點到左右固定點的水平距離（m）;

S1，S2正線軌面到支柱基礎面高差;

f1，f2橫向承力索的弛度，即橫向承力索兩個固定點到最低點的高差;? ak（k=1，2…n+1）——鄰近懸掛點的水平距離，a1=CX1+Hδ1，a2=CX2+Hδ2;

δ1，δ2是支柱調整傾斜度與結構斜率二者的疊加值，即支柱安裝受力后內緣相對懸掛點處鉛垂線的疊加斜率（mm/m）。

2.3橫向承力索的水平張力與最低懸掛點的計算

2.3.1最低點的假設

先假設預制計算軟橫跨需要一個最低點，且以此點為界限，將軟橫跨的跨越股道進行劃分，為兩個部分（如圖1）。設最低點在第k股道，求第k股道的懸掛點依次到左右固定點的高差，即f1及f2值，

2.3.2計算子力矩

從假設的最低點位置分開，把兩旁各懸掛點負載依次對同側固定點取力矩值，則各固定點受力矩值叫做子力矩，用M1、M2表示。

2.3.3橫向承力索的水平力T和分界力Y

以上求出的子力矩M1，M2及相關各力，依次對固定點A、B求出力矩，經過對相關公式的整理，得出

分界力Y可用于判定最低點位置正確與否。若假設的最低點位置正確，則有

若求出Y值為負，則要把最低點向左移動;若Y>Qk，則要把最低點向右移動。對上述不同的計算結果，均應重新假設最低點位置，再展開計算。以此類推，直至達到式（5）標準，最低點位置才算適合。

除外，還有特殊情況發生，即Y=0時，該組的軟橫跨除了假設的最低點以外，另外的最低點在假設最低點的左側;若Y=Qk，則軟橫跨也有兩個最低點，一個是假設的最低點，第二個是在假設的最低點右側。

2.4橫向承力索分段長度

已知al，a2…an+1，求橫向承力索的的各段長度，一定要求出各個鄰近懸掛節點的高差m1，m2，mn+1，然后再求各分段長度b1，b2，bn+l。

按照圖1所示的計算圖，根據靜力學的平衡方程原理，可得到左側的最低點。經過一系列的推導，可建立一個通用方程，求橫向承力索的各分段長度。橫向承力索的總長：

2.5懸掛點直吊線的長度

設Ck為最短的吊線長度，即Ck=Cmin，則最低點左側的各吊線長度：

最低點右側的各吊線長度：

2.6上下部定位索的長度

在對上、下部定位索長度進行計算時，應先分析懸掛改組軟橫跨的支柱種類，

即應看是鋼柱，還是鋼筋混凝土支柱，如果軟橫跨被安裝在鋼柱上，還要計算上、下部定位索懸掛處的支柱寬度，具體根據以下計算公式：

上式中，HS1，HS2為左右側上部定位索的安裝高度（m）;HX1，HX2為左右側下部定位索的安裝高度（m）。

3結果校驗

按照以上軟橫跨預制的計算法，假設現場實測輸入數值，結合各懸掛點的高差之和，依次與軟橫跨兩側最大尺度一致與否，對計算的正確性加以驗證，相關公式如下所示：

若 則表明計算結果是正確的。

結束語

總之，在牽引供電接觸網的軟橫跨預制過程中，主要應用負載計算方法對軟橫跨的最低懸掛點具體的確定、橫向承力索的各分段長度及上下部定位索長度的計算公式進行推導，當確定好各個結點的長度時，還要結合軟橫跨絕緣子與各個連接件的長度，對橫向承力索的鋼絲繩長度進行確定，用此法預制軟橫跨，有利于確保項目工程一次性成形。

參考文獻：

[1]秦曉宇.高速鐵路接觸網不同導線組合的載流能力分析[J/OL].鐵道標準設計：1-6[2019-12-12]

[2]陳炳均. 高速鐵路牽引電流與軌道電路綜合仿真研究[D].北京交通大學，2019.

（作者單位：中鐵三局集體電務工程有限公司）