4. Ветровые отклонения проводов и допустимые длины пролетов цепных контактных подвесок

В цепной подвеске отклонение контактных проводов определя­ется с учетом влияния несущего троса, на который действует нагруз­ка р_т . При различных отклонениях несущего троса и контактного провода струны принимают наклонное положение в перпендикуляр­ной оси пути плоскости и передают часть ветровой нагрузки с троса на контактный провод или обратно (в зависимости от того, какой из этих проводов имеет большее горизонтальное отклонение).

Точный учет взаимодействия несущего троса и контактного провода при ветровом отклонении представляет значительные трудности. Ниже приводится вывод приближенных формул для ветрового расчета цепной подвески, основанных на сравнительно простых допущениях и дающих в то же время вполне достаточную для практических целей степень точности.

В качестве основного допущения принимается, что контактный про­вод и несущий трос взаимодействуют между собой (в отношении пере­распределения между ними ветровой нагрузки) лишь в средней части пролета, равной половине общей его длины. Нагрузка, передающаяся с контактного провода на несущий трос (или обратно), принимается на этом участке пролета равномерно распределенной.

Если принять длину струн в этой части пролета постоянной и рав­ной среднему ее значению, то принятое допущение является равносиль­ным тому, что все струны в средней части пролета имеют при ветре одинаковый угол наклона (в направлении поперек пути) и разность ветровых отклонений контактного провода и несущего троса остается в этой части пролета неизменной. Тогда для какого-либо поперечного сечения подвески в средней части пролета (рис. 11.8) можно написать:

где е — разность отклонений контактного провода и несущего троса в средней части пролета;

р'— равномерно распределенная нагрузка в сред­ней части пролета, передающаяся с контактного провода на несущий трос (или обратно);

g_K — нагрузка от веса контактного провода;

с' — расстояние по вертикали от контактного провода до несущего троса.

В дальнейшем ввиду относительно малых значений угла накло­на струн к вертикали принимаем с' равным средней длине струны С, т.е. полагаем, что

(11.17)

Среднюю длину струны в средней части пролета, равной половине общей его длины, оп­ределим из выражения

(11.18)

где С_т — длина струны в сере­дине выбранного пролета;

F₀ — стрела провеса несущего троса при беспровесном положении контактного провода.

Рис. 11.8. Схема приложения на­грузок к проводам цепной подвес­ки, отклоненной ветром

В зависимости от конструк­тивной высоты цепной подвес­ки h величина С определяется выражением

(11.19)

Величину горизонтального отклонения несущего троса b’_T под действием равномерно распределенной нагрузки р', приложенной на среднем участке пролета длиной l/2 (рис. 11.9), определим из выражения

(11.20)

Обозначим через р_э величину эквивалентной удельной нагруз­ки, передающейся с контактного провода на несущий трос, рас­пределенной равномерно по длине всего пролета l и вызывающей ту же стрелу провеса b”_T.

Тогда

откуда

(11.21)

Значения полного горизонтального отклонения несущего тро­са b’_T и контактного провода b_к в середине пролета могут быть определены при этом по формулам

Рис. 11.9. Расчетная схема расположения нагрузок при ветровом расчете цепной подвески

(11.22)

(11.23)

Направление нагрузки р_э принято здесь таким же, как это пока­зано рис. 11.8 для р'. В тех случаях, когда несущий трос получает большие смещения, чем контактный провод, нагрузка р_э будет иметь отрицательное значение.

Величина полного ветрового отклонения несущего троса в середи­не пролета (рис. 11.10) исчисляется как сумма горизонтальной стрелы провеса b_Т, полученной тросом под действием ветра, ветрового откло­нения подвесных гирлянд β и прогиба опор γ_т (на уровне крепления гирлянд) под действием ветровой нагрузки на провода и тросы.

Величина полного ветрового отклонения контактного прово­да рассчитывается как сумма горизонтальной стрелы провеса кон­тактного провода b_к и прогиба опоры γ_к на уровне контактного провода под действием ветровой нагрузки на провода и тросы.

Для схемы, представленной на рис. 11.10, можно написать

b^/_к + γ_к – b^/_т – β – γ_т =е. (11.24)

Подставим в полученное уравнение вместо величин b^/_к, b^/_т и e их значения из выражений (11.23), (11.22), (11.17) и заменим величину β ее зна­чением по формуле

, (11.25)

где λ — длина подвесной гирлянды; q_т — результирующая нагрузка несу­щего троса, определяемая по формуле

,

где g _T+ g_K — вертикальная нагрузка от веса проводов цепной под­вески.

Рис. 11.10. Схема расположения проводов цепной подвески при отклонении ее ветром

При определении значений q_T и β по формуле (11.25) для уп­рощения расчета не учитываются изменения нагрузки вследствие перераспределения нагрузок между несущим тросом и контактным проводом. Как показали сравнительные расчеты, такое допуще­ние не отражается сколько-нибудь существенно на точности полу­чаемых результатов при определении значения р_э.

После подстановки в уравнение (11.24) указанных значений и замены р' в выражении (11.17) его значением из выражения (11.21) получим

Умножив обе части уравнения на 8КТ/l² и перенеся члены, содержащие р_э в правую часть уравнения, получим

откуда

(11.26)

После того как найдено значение р_э легко может быть определе­на величина полного ветрового отклонения контактного провода.

При вертикальной цепной подвеске с расположением контактного провода по оси пути наибольшее отклонение провода в середине пролета определяется по формуле

При расположении контактной подвески с зигзагом а (на прямом участке) наибольшее отклонение контактного провода от оси пути определяется по формуле

(11.27)

Это отклонение имеет место в точке, отстоящей от середины пролета на расстоянии

Величину наибольшего допускаемого пролета можно получить из формулы

(11.28)

Соответствующие формулы для кривых участков получат вид:

(11.29)

(11.30)

При желании учесть в расчете лишь часть действующих факторов и пренебречь влиянием остальных соответствующие формулы для оп­ределения значений р_э и b_к легко могут быть получены из выражений (11.26) и (11.27), если принять в них величины γ_к, λ, а равными нулю.

Так как в выражение (11.27) для определения значения р_э входит величина l, при решении уравнений (11.28) и (11.30) приходится при­бегать к методу последовательных приближений. Для этого, задав­шись значением l, найденным, например, по формулам (11.28) или (11.30) для случая, когда р_э = 0, определяют для этого значения l вели­чину р_э по формуле (11.26). Подставив найденную величину р_э в вы­ражение (11.28) или (11.30), находят новые значения l, для которых вновь могут быть определены соответствующие им значения р_э.

Можно также, задаваясь величиной l и определяя соответству­ющие значения р_э, находить по формулам (11.27) и (11.29) значе­ния b_Кдоп, которые должны получаться равными 0,5 м или незна­чительно отличаться в меньшую сторону.

Значение натяжения несущего троса Т в выражении (11.26) следует брать при температуре и нагрузке для режима наибольшей ветровой нагрузки.

Если определение допустимых длин пролетов производится до выпол­нения механических расчетов цепной подвески, величину Т в выражении (11.26) можно принимать равной 0,65 Т_mах для медного несущего троса и 0,75 Т_mах — для стального или биметаллического (сталемедного).

Величину Т_о, входящую в формулу (11.19) для определения сред­ней длины струны, принимают при медном несущем тросе равной 0,75 Т_mах, при стальном или биметаллическом (сталемедном) 0,8 Т_mах.

Зигзаг контактных проводов на прямых участках принимается рав­ным ± 0,3 м, наибольший вынос у опор на кривых участках 0,4 м.

Длину подвесной гирлянды К можно принимать для контактной подвески постоянного тока равной 0,5 м при двух изоляторах в гир­лянде, а для переменного тока 0,7 м при трех изоляторах в гирлянде и 0,85 м при четырех. В случае применения малогабаритных подвесных изоляторов эти данные соответственно уменьшаются.

Величины дополнительного прогиба опор под действием вет­ровой нагрузки γ_т и γ_к должны определяться с учетом давления ветра как на провода цепной подвески, так и на усиливающие и другие провода, подвешенные на данных опорах.

При наличии только проводов контактной цепной подвески величи­ны γ_к и γ_т, для однопутных консольных современных железобетон­ных опор можно принимать для скорости ветра 30 м/сек равными γ_к =0,015 и γ_т = 0,022 м.