1、接触网设计基础v 第一章 接触网的设计组成和计算条件v 第二章 悬挂线索的机械计算v 第三章 链形接触悬挂的计算v 第四章 跨距和锚段许可长度的决定v 第五章 支持装置和支柱结构v 第六章 基础设计及校验第一章 接触网的设计组成和计算条件 第一节 接触网的设计组成 第二节 气象条件的确定 第三节 计算负载的决定 第一节 接触网的设计组成 一般采用两阶段设计，即初步设计和施工设计。一、初步设计：（1）确定主要技术条件、主要设备类型。如气象条件、悬挂类型、隧道内悬挂结构、支柱类型、网工区位置及交通工具等；（2）提出主要工程数量、材料、设备数量；（3）提出工程建设项目总概算；（4）初设作为技术设计或
2、施工设计的依据。二、施工设计：完成全部施工图纸、主要提供车站、区间、隧道内的接触网平面图，还有各种装配图。第二节 气象条件的确定一、气象区：我国标准典型气象区（见表1-2-1）二、气象条件的确定：（一）最大风速 （二）最高温度tmax 和 最低温度tmin （三）最大风速出现时的温度tv （四）接触线无线弛度时的温度to：简单链型悬挂时：td-10 弹性链型悬挂时：td-5 （五）td：吊弦处于正常位置时的温度 （六）覆冰厚度 b第三节 计算负载的决定 计算负载分为垂直负载和水平负载。在负载计算中，垂直负载和水平负载均认为是沿跨距均匀分布。方法如下：1、自重负载：g=sgH 10-9 g 线索
3、单位长度重力负载（kN/m）s 线索的横截面积（mm2）所求线索的密度（kg/m2）gH 自由落体重力加速度9.81（m/s2）2、冰负载 3、风负载：q=V 2/2 (理论风压)线索风负载：p=0.615k d l v2 Sin 单位长度风负载：p=0.615 k v2 d 10-6 4、合成负载第二章 悬挂线索的机械计算 第一节 概 述 第二节 简单悬挂的驰度计算 第三节 悬挂线索实际长度计算 第四节 悬链线方程 第五节 简单悬挂的状态方程 第六节 当量跨距 第七节 起始情况的决定 第八节 复合导线的特性系数第一节 概 述 悬挂导线是一根有数个支点并能在策略作用下弯曲的受拉杆件。计算这种杆
4、件与它的长度和刚度有关。杆件的长度决定下固定它的支柱之间的距离，而其刚度则决定下它的材质、截面和结构。随着杆件长度的增加其刚度的影响将逐步减小，因此在确定弛垂曲线形状时，可以假设它是一根绝对柔软的导线。风和覆冰会增大导线和张力和弛度。气温的变化，因电流通过导线而使其温度上升，都会使导线伸缩，使导线张力和弛度发生变化。因此在设计时，要确定导线在发生最严重的气象条件下时的张力。第二节 简单悬挂的驰度计算 在两个支柱之间，悬挂一根固定截面的接触线或其它导线时，则此线在自重和附加负载的作用下，自然形成一个弛度。弛度的大小对运行质量将产生直接的影响。因此正确地、合理地确定弛度的量值是十分重要的。简单悬挂
5、是接触网中最基本、最简单的悬挂方式，它与供电线的架设基本相同，但又不完全相同。因为接触网有一个不屑一顾它直接接触的移动受电弓。这一特点要求接触悬挂有较大的张力与较小的弛度，以保证机车受电弓对接触母线的良好滑动和可靠接触。设A、B是两悬挂点，当两悬挂点在同一水平位置时为等高悬挂。从接触线弧垂最低点，到连接两悬挂点间的垂直距离，称为弛度F，如图2-2-1（a）所示：ABlxyABlyxFF1F2(a)等高(b)不等高图2-2-1 简单悬挂的驰度 当悬挂点不在同一水平面时，由接触线最低点到两悬挂点的垂直距离分别为悬挂点A和B的驰度，用F1和F2表示，如图2-2-1（b）所示。在接触线的张力与弛度计算
6、中，因接触网支柱间的距离较大，则接触线、承力索材料的刚度实际影响小，可以近似把接触线、承力索或其它导线看作理想的软线，则刚度忽略不计。另外，悬挂线索的自重负载实际上是沿其长度均匀分布的，可以认为是沿跨距均匀分布的。下面来研究导线的张力与驰度。一、等高悬挂的驰度计算 设A、B两点为悬挂点，l为跨距，g为单位长度的自重负载。FA，FB，TA，TB分别为悬挂点A、B的垂直分力各水平分力，如图2-2-2所示：FBBAFAxl/2lTATBexl2lF图2-2-2 简单悬挂和弹性简单悬挂受力示意图第三节 悬挂线索实际长度计算 把悬挂线索分成无限多的线段，如图2-3-1中dl，当dl无限小时，可认为是直线
7、，求每一小段后再积分可得悬挂线索实际长度（推导过程见书）L=l+8F2/3l (2-3-4)不等高悬挂：L=l+8F2/3l+b2/2l (2-3-5)等高悬挂：L=l+2(F12/l1+F22/l2)/3 (2-3-6)书上还讨论了F与导线长度的增量关系。Txx/2dLdxdyFB第四节 悬链线方程（略）第五节 简单悬挂的状态方程 在简单悬挂中，接触线的张力与驰度随气象条件的变化而变化，这种变化遵循一定的客观规律。欲使架设后的接触线张力与驰度符合技术要求，必须选择计算条件并提供安装条件下张力、弛度相对于温度的变化曲线，称安装曲线，将结果以表格的形式表示称安装表。表示成函数的形式：TX=f(t
8、X)FX=f(tX)在安装时，据函数关系，由当时当地的温度找到安装曲线上相对应的接触线张力和驰度值。设有跨距为l的一简单悬挂，在某特定条件下，其温度为t1,负载为q1,导线张力为T1；当温度发生变化时，导线伸长或缩短，冰、风会使导线受力增大，这种情况为待求条件，其相应的量值用tx,qx,Tx.起始情况下，接触线的驰度和长度为：F1=q1l2/8T1 (2-5-1)L1=l+8F12/3l (2-5-2)式（2-5-1）代入式（2-5-2），得：L1=l+8(q1l2/8T1)2/3l=l+q12l3/24T1 2 (2-5-3)同理，在待求情况下公有：Fx=qxl2/8Tx (2-5-4)Lx
9、=l+8Fx2/3l (2-5-5)式(2-5-4)代入式(2-5-5)，得：Lx=l+qx2l3/24Tx2 (2-5-6)由起始到待求情况，接触线的长度由L1变化LX,其变化量值为：L=LxL1=qx2l3/24Tx2 q12l3/24T1 2 （2-5-7）引起导线增长的物理原因有二：一是由张力变化引起的弹性伸长 LE，二是由温度变化引起的线张伸长 L LE=(TX-T1)l/ES (2-5-8)L=(tx-t1)l (2-5-9)式中 E弹性模量 线胀系数 S线横截面积 当气象条件发生变化时，接触线由一种状态转变为另一种状态，但在转换过程中，导线的长度增量应满足下式：Lx-L1=LE+
10、L 即：qx2l3/24Tx2 q12l3/24T1 2 =(TX-T1)l/ES+l（tx-t1）qx2l2/24Tx2 q12l2/24T1 2 =(TX-T1)l/ES+（tx-t1）(2-5-10)式（2-5-10）称简单悬挂的状态方程式。在已知负载g1,温度T1，张力T1的情况下，可求任一温度tx时的负载qx或张力Tx，上式也可表示成：tx=(t1-q12l2/24 T1 2+T1/ES)+qx2l2/24 Tx2-Tx/ES(2-5-11)第六节 当量跨距 上面讨论了一个跨距内线索张力曲线。我们知道，接触线是由互相衔接的各个锚段组成，每个锚段又由大小不等的多个跨距组成。接触线在一个
11、锚段内，各跨距长度不一定相等，但在某一气象条件下，借助于是腕臂的转动可使接触线在跨距内的张力挖相等。在这种情况下，决定驰度时，有一个多大张力时最合理的问题。苦设在某一跨距条件下，其张力和锚段内接触线的张力相等，在此张力下，该跨距的接触线具有合理的弛度值，那么这个弛度合理时的张力称为这个锚段的当量张力。而所设的这个跨距就是当量跨距。也就是当气象条件发生变化时，承力索的张力变化规律和锚段内具有实际跨距的变化规律相同，那么所设的跨距就是当量跨距lD。对于当量跨距有几种求法：1、lD.=li/n 平均值法 2、lD=li3/li 导线的张力与每个单独跨 距的张力相等的概念 3、lD=lcp+2(lma
12、xlcp)/3 数理统计值知道lD 后，式（2-5-10）可写成：qx2lD2/24TX2 q12lD2/24T12=（TXT1）/ES+(txt1)(2-6-2)ni=1ni=1i=1n第七节 起始情况的决定 状态方程中l为lD,那么起始条件t1,q1,T1如何决定呢？起始情况一般要满足如下两点：1、接触线具有最大张力，但不超过许用张力；2、悬挂导线具有最大的弛度时，但不超过容许驰度。为满足以上两点，必须先求出临界跨距和临界温度。（一）临界跨距：临界跨距是接触线的最大张力可能发生在最低温度时，也可能发生在最大附加负载时的跨距。在式（2-5-10）内，令跨距无限小，则方程式的形式变为：TX=T
13、1E（txt1）(2-7-1)从上式中可看出，在小跨距时，接触线的张力变化主要取决于温度的变化，而与负载无关。因此在小跨距情况接触线的最大张力发生在最低温度时，而不是在最大附加负载时。式（2-5-10）中两边同除以l2,则变成如下形式：qx2/24TX2 q12/24T12=（TXT1）/ESl2+(txt1)/l2令式中l趋于无穷大，则：qx2/24TX2 q12/24T12=0 TX2=qx2T12/q12 (2-7-2)根据以上分析，欲确定起始情况，必须判断所计算的跨距是发球大跨距还是小跨距，而区别大跨距还是小跨距的跨距，称之为临界跨距。由临界跨距的定义知，接触线在此跨距时，其最大张力可
14、以发生在最低温度时，也可以发生在最大附加负载时。由式（2-5-10）可以求出监界跨距llj 令：t1=tmin q1=gj T=Tmax (最低温度时)tx=tb qx=qb Tx=Tmax (覆冰时)即将最低温度作为起始情况，覆冰作为待求情况代入式（2-5-10）中，得：qb2l2/24Tmax2 q12l2/24Tmax 2 =(TX-T1)/ES+（tb-tmin）llj2 *(qb2 gj2)/24Tmax2=（tb-tmin）即 llj=Tmax 24 （tb-tmin）/（qb2 gj2）（2-7-3）第八节 复合导线的特性系数（略）第三章 链形接触悬挂的计算 第一节 链形悬挂的计
15、算特点和吊弦的受 力分析 第二节 链形悬挂承力索的驰度计算 第三节 半补偿链形悬挂安装曲线的计算 第四节 临界负载与接触线无驰度时承力 索张力的确定 第五节 无载承力索的张力与驰度计算 第六节 全补偿链形悬挂的张力与驰度 第一节 链形悬挂的计算特点 和吊弦的受力分析 当吊弦未连接承力索、接触线时，线索为自由悬挂的导线。如果吊弦的张力沿着跨距长度为一常数，则承力索和导线按抛物线下垂，而在跨距内，位于它们之间颁的吊弦的长度，也同样按抛物线的规律变化。增大吊弦张力，使全部吊弦张力保持相等，就可以把接触线策略负载转移到承力索上。此时经支柱吊弦传递给支柱的接触线重力负载等于零，故它的驰度同样等于零。半补
16、链悬线索工作特性：在某一温度时，可使接触线调整成水平状态。当txt0时，接触线出现正驰度；当txt0时，线索出现正驰度；txpc/Tc,索减小线的偏移，当 pj/Tjpc/Tc，索增大线的偏移；当pj/Tjpc/Tc时，线索偏移值相等。只有在受电弓中心上部的线索，在支柱上为死固定时，上面所讲的内容才是正确的。根据这可求出接触线最大偏移值公式为：bj=(pj/Tj+pc/Tc)l2/16+4a2/(pj/Tj+pc/Tc)l2+i (4-2-4)式（4-2-4）的物理意义是把接触线和承力索看成两个单独的简单悬挂，同时考虑到在风载作用下，承力索对接触线的影响，接触线的受风偏移取线索的受风偏移的平均
17、值。如图4-2-3所示AA索单独受风偏移BB线单独受风偏移DB线实际风偏ADBPcPjD第三节 半补偿链形悬挂锚段长度的计算 决定锚段长度的方法主要由接触线和承力索在中心锚处和补偿器之间的张力差来决定。张力增量由当温度变化、且在补偿器工作的条件下，定位器和吊弦发生偏移和移动，使接触线在吊弦和定位器固定点处的张力产生判别。规定Tj不超过 15%Tj.而Tj代表接触线在补偿器处的张力。一、吊弦造成的张力增量Tjd如图，n吊弦对铅垂线的偏斜角 C 吊弦长度 l线在一跨距内的伸长第五章 支持装置和支柱结构 第一节 支持装置 第二节 支柱结构 第三节 支柱负载计算 第四节 软横跨支柱容量计算 第五节 软
18、横跨预制计算第一节 支持装置一、概述 支柱、支持装置和定位装置是使接触悬挂导线相对于线路保持在所要求的位置上。支柱布置在线路一侧。为把导线悬挂到支柱并固定在一定的位置上，必须有一套中间装置称支持装置。有腕臂支持装置，软（硬）横跨支持装置。为把导线固定在相对于弓中心的位置，须有定位装置。二、腕臂支持装置 按结构分，有单线路水平腕臂，单线路反腕臂，单线路斜腕臂。按跨越股道分，有单线路绝缘腕臂，双线路绝缘腕臂。按导线的走向分：标准腕臂，反向腕臂按用途分：中间腕臂，转换腕臂三、软横跨（支持装置）多股道的接触悬挂借助于数根线索悬挂到布置这些线路两侧的两根支柱上。这种装置称软横跨。横向承力索和定位索多采用
19、截面积为70mm2的钢绞线。第二节 支柱结构一、支柱的分类原则 支柱可按材料、支持装置形式、用途以及负载条件进行分类。现采用的有预应力钢筋混泥土支柱和钢柱。实际上只有软横跨支柱才采用空腹窨结构形式的钢格。据支持装置的不同，可分为腕臂支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱和定位支柱。定位支柱仅仅是为了对悬挂导线进行水平定位，以保持与受电弓中心的距离。按用途分：中间支柱、转换支柱、锚柱。还可分为不带拉线的（自承载支柱）和带拉线的支柱。如果支柱地面上下两部分是一个整体，叫整体式支柱；如果两部分在生产和安装过程中都是分别进行的，叫分离式（可拆卸的）支柱。还可分为方向支柱等。二、预应力钢筋混泥土支柱 我国采用工字
20、形支柱。近年来部分地区又采用了环形截面的支柱。工作状况：在安装使用之前，混泥土处于受压状态，钢筋处于受拉状态，工作后可使支柱的负载能力提高。三、金属支柱 分为空腹式和实腹式。第三节 支柱负载计算 支柱的负载是支柱在工作状态下所承受的垂直负载和水平负载的统称。其负载越大，支柱基底面处所受的弯矩也越大。支柱负载的计算，就是计算基底面处可能出现的最大弯矩值。目的是椐结果选择适当容量的支柱。预应力钢筋混泥土支柱容量大时，要加横卧板。支柱负载计算应按垂直负载和水平负载进行计算。一、垂直负载（一）悬挂结构自重负载0 悬挂结构包括支持装置、定位装置、绝缘部件及其它相应的悬挂零件的重量、覆冰还要包括冰重b。（
21、二）链形悬挂的重量nq0l 链形悬挂包括承力索及接触线的重量，覆冰时还应包括覆冰负载，即 Q0=nq0l+ngbol (5-3-1)二、水平负载（一）支柱本身的风负载 P=0.615*103 KV2F (5-3-2)V受风面积 K体形系数（二）线索传给支柱的风负载 =0.615*10-6KV2dl (5-3-3)（三）曲线形成的水平分力 指向曲线内侧的水平分力简称曲线力第四节 软横跨支柱容量计算一、负载计算 如图5-4-2，每个悬挂点负载应包括四部分：（一）接触悬挂一个跨距的自重负载Gi Gi=nq0l（二）悬挂结点零件重力负载Jia1a2a3a5a4a6a7（三）横向承力索及上下部定位索的自
22、重负载 pi=(qi+ai+1)/2*(6.03*10-3+2*4.03*10-3)KN（四）中心锚结和下锚运河自重负载Mi 上述各负载之和为该结点负载，即 Qi=Gi+Ji+Zi+i+Mi 二、确定横向承力索的水平张力T 在计算中应和承力索最大驰度fmax,但fmax的所在位置一般是不知道的，在确定了fmax所在位置O点后，则应从O点将软横跨分为两部分，使各垂直负载对O点取矩，即可得横承对支柱产生的最大弯矩。（一）求支柱悬挂点的垂直反力 FA及FB示于5-4-2第五节 软横跨预制计算 软横跨预制计算，就是软横跨结构尺寸的计算。曾用过抛物线法，图解法，实测法。主要研究负载计算法。负载计算法以实
23、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，由负载的计算转化为结构尺寸的计算。步骤：确定负载，测量并计算安装结构参数，确定最短吊弦位置，求算横承分段长度和总长度，计算吊弦长度。一、确定负载 软横跨结点类型将各种常用不同形式的软横跨装配结构组合在一起，成为软横跨类型。软横跨的负载计算就是根据软横跨的结点类型求算悬挂负载。二、实测和确定结构参数 软横跨计算中，有许多数据需要实际测量确定：1、cx1,cx2侧面限界，正线轨水平面与柱内缘至路中心的距离 2、L横向跨距 3、l1,l2不等高悬挂最低点分别至两边悬挂点的水平距离 4、1，2支柱结构斜率和调整斜度之和，即安装后支
24、柱内缘（钢柱为外缘）每米高度所倾斜的水平距离。5、d1,d2偏距 6、S1,S2基础面至轨面的高度差 7、f1,f2横承最低点至悬挂点的垂直距离 8、a1,a2相邻悬挂点的水平距离 a1=cx1+d1,an+1=cx2+d2三、确定垂直负载 Qi=Gi+Ji+Zi+Pi+Mi四、确定横向承力索水平张力及悬挂最低点 1、假设最低点：FA依次减去相邻的悬挂负载至为负止，求出驰度f1,f2 f1=H-HS S1-lmin-100 (5-5-2a)f2=H-HS S1-lmin-100 (5-5-2b)(从最低点K将软横跨左右分开)2、求算子力矩第六章 基础设计及校验 第一节 土的力学性质和容许承载力
25、 第二节 棱柱形基础计算 第三节 扩大基础计算第一节 土的力学性质和容许承载力一、土的力学性质 各种材料均有自己的特性，土的特性在于是土是碎散状的多相体（土颗料、空气和水构成），与任何单纯连续的固体、液体或气体均不相同。土的力学性质是对整体土而言的，不是指土中的某一相。土有许多种类，如粘土、砂土、碎石土、人工填土等。不同的土，其力学性质差异很大，即使同一类型的土由于在三相上数量的比例不同，它所呈现的物理性质、力学性质以及承载力也不尽相同。因此，土在受力后就不象钢材等物质一样具有严格的变化规律，但就整体而言也表现出其所特有的一些基本性能。（一）土的压缩性及弹性 1、土的压缩性 土受压后，体积相对
26、减小，这种特性称压缩性。土在受力后，因压缩而变形，当超过一定限度时，土会象其它物体一样，发生开裂和滑移，即原来连续的土体会产生破裂面，相邻两部分土体则沿破裂面产生相对位移，这种现象称为土体破坏。因为这种滑移是沿某一破裂面剪切的形式出现的，故又称剪切破坏。2、土的弹性 土受到外力后，当外力较小时，土的应力和应变之间，存在着直线关系，即具有弹性性质。在弹性范围内，在距地面为h深处的水平方向的应力可表示为：h=Khh第二节 棱柱形基础计算基础分为以下几种形式：（1）扩大基础 金属支柱载荷大，据容量大小，将其浇灌成单阶或多阶梯形状。（2）棱柱形基础 金属支柱容量小，基础无阶梯形状。一般混泥土支柱不设单
27、独基础，其埋深代替了基础。（3）带横卧板的棱柱形基础 我国大量采用钢筋混泥支柱，为加大其抗倾覆力矩，增设横卧板和底盘，以增大和土的接触面积。基础的设计计算时，宜采用极限状态法，常不计主动土压力。另外基础四周土的抗力是空间的力，为简化算，将基础当作平面受力（与外力平行的两侧面上土的抗力为零）的矩形基础来考虑，故必须将基础的实际宽度换算成相当的平面受力条件下矩形基础的宽度，即计算宽度：b=kb0 (6-2-1)b0实际宽度 b 计算宽度 k 修正系数一、棱柱形基础校验 接触网支柱受力特点：垂直负载小，弯矩大，因而基底压力一般不超过地基容许承载力，故棱柱形基础验算时，主要由稳定条件控制设计，其稳定条
28、件为：第三节 扩大基础计算 金属支柱容量较大时，基础为棱柱形不经济，故采用扩大基础。在外力作用下，可以认为基础是绕O点转动，且基底土处于弹性状态。基础的受力情况如图6-3-1。在支柱处载荷作用下，欲使基础处于良好的状态，必须满足以下三种稳定条件：1、基础在外力矩作用下不含倾覆。土体抗倾覆力矩MJ应大于支柱倾覆力矩MH，其稳定条件为：MJ/MH=（Q+N）a/2+EPhc/(M+PHh)k0 (6-3-1)式中，MJ抗倾覆力矩 MH支柱传至基础面的最大倾覆力矩 Q 支柱和悬挂的重力负载 N基础和台阶上土的总力负载 N=a*b*h*混 PH支柱传至基础面的水平负载 EP基础侧面的被动土压力 hc基础侧面的被动土压力合力传至基底的距离 K安全系数 K=1.5 2、基础在水平外力作用下不会沿基底面滑移，其稳定条件为：（Q+N）f+Ep/PHkc f磨擦系数 kc抗滑移安全系数，kc=1.3 3、地基不会产生破坏。基底面的最大应力Smax必须小于地基的容许承载力R。
