4.4. Жесткие поперечины

Жесткие поперечины представляют собой металлические фер­мы, закрепленные на опорах с оттяжками, подкосами или без них, и предназначены для поддержания более чем трех продольных под­весок контактной сети. Классификация жестких поперечин включает в себя арочные, шпренгельные и оттяжечные конструкции, а также фермы, образующие с опорами рамные, шарнирные и шарнирно-рамные конструкции (рис. 4.12).

Балочные раскосные фермы с прямолинейными поясами и простой решеткой применяемых на РЖД шарнирных поперечин состоят из не­скольких коротких пространственных блоков (от 2 до 4), выполненных с параллельными поясами и раскосной решеткой из стальных уголков и соединенных между собой. Как правило, в России сооружают жест­кие поперечины из ригелей длиной от 17 до 44 м, устанавливаемых на железобетонные стойки (рис. 4.13, а, б). По сравнению с конструкцией гибкой поперечины жесткие поперечины имеют ряд преимуществ: мень­ший расход стали (при пролетах до 34 м — в 1,5—2 раза); меньшую стоимость (при пролете до 44 м — в 1,2 раза); возможность установки аппаратуры для освещения станций; снижение трудоемкости сооруже­ния (при свайных фундаментах — в 2—3 раза) и стоимости (при проле­тах до 44 м — до 20 %). При прочих равных условиях и наличии надеж­ной защиты от коррозии наиболее целесообразно примененять жесткие поперечины при пролетах до 34 м, т.е. при перекрытии не более 6 путей.

С 1957 г. широкое распространение получили жесткие поперечины балочного типа с расходом металла на ригель от 30 до 70 кг/м. Однако, более экономичной по расходу стали (на 20—30 %) является жесткая по­перечина рамного типа, представляющая собой портал из жестко соеди­ненных между собой железобетонных стоек и ригеля (рис. 4.13, в). При этом конструкция узла соединения ригеля со стойкой требует увеличения высоты надземной части опор по сравнению с балочными конструкциями, что вызывает необходимость уменьшения глубины заделки в гру1|т стоек длиной 13,6 м. Применение поперечин рамного типа при элект­рификации участка Вязьма—Орша обеспечило снижение стоимости строительных конструкций на 10 %, экономию металла на поперечины — я)а 30% и бетона — на 3 %. Жесткие поперечины рамной конструкции ши­роко применяют также в Англии, во Франции и в Японии.

Рис. 4.12. Классификация жестких поперечин

Увеличение надежности и повышение срока службы жестких поперечин может быть достигнуто выполнением их конструкций из атмосферостойкой стали 14ХГНДЦ (разработка ЦНИИС). Эта сталь, имея расчетное сопротивление на 40 % больше, чем у СтЗ, обеспечивает уменьшение веса на 10 % и увеличивает ожидаемый срок службы до 70 лет.

Следующим шагом по пути совершенствования жесткой по­перечины является создание конструкции рамного типа с трех­гранным ригелем (см. рис. 4.13, в). Новая форма ригеля позво­ляет снизить расход металла на 7—10 % по сравнению с четы­рехгранным, уменьшить ветровые нагрузки на 10 %, улучшив аэродинамические характеристики, в 1,5—2 раза увеличить ко­эффициент использования подвижного состава при транспорти­ровке ригелей, создать лучшие условия для борьбы с гнездова­нием птиц.

Разработан проект жесткой поперечины рамного типа с трехгранным ригелем, создана компьютерная программа для выбора типа ригеля, стоек и заделки их в грунт. За рубежом (на­пример, в Словакии) применяются облегченные поперечины с тягами (рис. 4.13, г), в Швеции — шпренгели — конструкции, состоящие из верхнего сжатого пояса из прокатного профиля и нижнего растянутого в виде троса или прутка, периодически со­единяемых жесткими вертикальными стойками.

Расчет жестких поперечин-ферм (ригелей) и порталов в сборе с фиксирующим тросом или фиксаторными стойками производят так же, как металлических и железобетонных опор. Методики расче­тов с примерами, разработанные под руководством профессоров В.П. Шурыгина и А.А.Кудрявцева, изложены в пособии по проек­тированию контактной сети.

Выбрать тип ригеля поперечин, применяемых на РЖД, можно и без прочностных расчетов по таблицам, зная требующуюся дли­ну и несущую способность. Так, например, поперечины марок П(ПС)15-16,3 и П(ПС)13 имеют несущую способность 147 и 127 кН/м соответственно и основные (и возможные расчетные дли­ны) в мм: 16115(15315, 14515, 13715, 12 915). В скобках приведе­ны возможные расчетные длины поперечин, которые могут быть уменьшены на величину до 0,8 м или до 1,25 м для поперечин с основной длиной до и более 29,1 м соответственно (за счет изме­нения мест опирания в пределах крайних усиленных панелей). Марка самых больших поперечин П(ПС)43-44,2.