1.2 Определение расчетных нагрузок, действующих на провода контактной сети

Нагрузки, действующие на провода контактной подвески, принимаются равномерно распределенными по длине пролета и называются распределенными линейными, так как их относят одному метру длины провода. Такие нагрузки подразделяются на:

- вертикальные (от собственного веса провода и от гололеда на проводах);

- горизонтальные (от воздействия ветра на свободные от гололеда провода и покрытые гололедом);

- результирующие (определяются совместным действием вертикальных и горизонтальных нагрузок).

Перечисленные нагрузки рассчитываются для данных подвесок станции (главных и боковых путей) и перегона (на нулевом уровне и на насыпи).

Вертикальные нагрузки от собственного веса проводов находятся по данным [2-4] согласно заданному варианту. Нагрузка от зажимов струн принимается равномерно распределенной по длине пролета, и равна для одного контактного провода 1 Н/м. Далее для расчета линейных распределенных нагрузок принята размерность Н/м.

Суммарная вертикальная нагрузка от собственного веса проводов определяется выражением, Н/м:

(1.1)

где - нагрузка от силы тяжести троса, Н/м;

- то же контактного провода, Н/м;

n - число контактных проводов.

Для главного пути:

Н/м.

По интенсивности гололедных отложений, т.е. нормативной толщине стенки гололеда с плотностью г/см³, повторяемостью, согласно ПУЭ, один раз в 25 лет, приведенную к высоте 10 м над поверхностью земли и диаметру провода 10 мм, территория РФ делится на восемь географических районов (один из них особый).

Местные условия образования гололедно-изморозевого отложения учитывают поправочным коэффициентом к толщине стенки отложения. С целью учета особенностей образования гололеда на проводах контактной подвески необходимо:

- при определении веса гололеда на контактных проводах толщину стенки гололеда принимать равной 50 % толщины стенки, принятой для данного района ];

- при определении веса гололеда на несущем тросе вводить поправочный коэффициент к весу отложения, равный 0,8.

Значения поправочного коэффициента с учетом вида поверхности, приведены в [ ].

Дополнительные нагрузки от гололеда на несущий трос и контактный провод определяются как

(1.2)

(1.3)

где - расчетная толщина стенки гололеда, определяемая как , мм;

- диаметр троса, мм;

- условный средний диаметр контактного провода, равный полусумме ширины  и высоты  его сечения, мм.

Для главного пути:

Н/м,

Н/м.

Суммарная дополнительная нагрузка от гололеда на провода цепной подвески контактной сети определяется выражением:

(1.4)

Величину , отнесенную к длине пролета, следует определять по выражению:

- при одном контактном проводе:

(1.5)

где - диаметр струны, мм. При расчетах можно принять = 4 6 мм.

Н/м.

Следовательно, суммарная дополнительная нагрузка от гололеда на провода цепной подвески контактной сети для главного пути определяется выражением:

Н/м.

Тогда полная вертикальная нагрузка на один метр длины несущего троса, покрытого гололедом можно определить как:

(1.6)

Для главного пути:

Н/м.

Для определения результирующих нагрузок рассматриваются два режима:

• режим ветра максимальной интенсивности;

• режим гололеда с ветром.

В этом случае горизонтальная нагрузка от ветра максимальной интенсивности на несущий трос и контактный провод рассчитывается по формулам:

- для несущего троса

(1.7)

• для контактного провода

(1.8)

где - аэродинамический коэффициент [3,4];

- высота сечения контактного провода [2];

- расчетная скорость ветра, м/с.

В выражениях (1.8) – (1.11) значения величин и определяются по следующим формулам

, , (1.9)

где - нормативное значение скорости ветра для соответствующего ветрового района [4], м/с;

- нормативное значение скорости ветра при гололеде, для соответствующего гололедного района [4], м/с;

- коэффициент изменения ветрового давления в зависимости от характера подстилающей поверхности и высоты насыпи, определяется как

(1.10)

где - высота подвеса провода над поверхностью земли, м;

- параметр шероховатости подстилающей поверхности, м. Определяется по [ ].

Для главного пути:

м/с,

Н/м,

Н/м.

Горизонтальная нагрузка от ветра на несущий трос и контактный провод покрытые гололедом, вычисляется по формулам

- для несущего троса

(1.11)

• для контактного провода

(1.12)

где - расчетная скорость ветра при гололеде м/с.

Для главного пути:

м/с,

Н/м,

Н/м.

Поскольку направления нагрузок от веса провода и действия ветра на него при отсутствии гололеда составляют прямой угол (рисунок 1, а), то можно найти результирующую нагрузку на провод при ветре максимальной интенсивности

. (1.13)

Для главного пути:

Н/м.

Угол между результирующей и вертикальной нагрузками определяется как

(1.14)

Для главного пути:

При давлении ветра на провод, покрытый гололедом (рисунок 1, б), результирующая нагрузка равна

. (1.15)

Для главного пути:

.

Угол между результирующей и вертикальной нагрузками при гололеде с ветром равен

(1.16)

Для главного пути:

Если добавочные нагрузки (гололед с ветром и ветер максимальной интенсивности) отсутствуют, то на провод действует только нагрузка от силы тяжести провода, т.е. .

Рисунок 1 – Результирующие нагрузки на провод при ветре максимальной интенсивности (а) и гололеде с ветром (б)

Полученные результаты расчетов нагрузок на провода цепных подвесок сводятся в таблицу 1.