Контактные сети и ЛЭП

Найдем ординаты для случая, приведенного на рис. 4.15:

Натяжение поперечного несущего троса в точках А и В соответственно:

По большему значению находят необходимую площадь сечения поперечного несущего троса или напряжение в нем, если площадь сечения задана.

Из выражений (4.8), (4.11) и (4.12) видно, что натяжение в поперечном тросе непосредственно связано с выбором стрелы провеса. Если увеличивается стрела провеса, то уменьшается натяжение в тросе, но одновременно увеличивается высота опоры. При этом как при очень малой, так и при большой стреле провеса масса опо-

ры будет велика. Поэтому можно определить стрелу провеса, при которой будет наименьшая масса опоры или наименьший объем фундамента, или наконец, найти вариант, при котором стоимость опоры и фундамента будет наименьшей. Причем объем и стоимость фундамента находятся в прямой зависимости от действующего на него момента.

Гибкую поперечину рассчитывают по наиболее тяжелому режиму (гололедно-

му), которому и соответствует наибольшая стрела провеса троса. Поперечный и фиксирующий трос рассчитывают раздельно без учета взаимного влияния их натя-

жения.

Расчет фиксирующих тросов. В большинстве случаев при больших продоль-

ных пролетах, особенно в районах с интенсивным гололедом, наиболее тяжелым режимом для опор является гололедный. Для фиксирующего троса при малых рас-

стояниях между струнами гибкой поперечины наиболее тяжелым оказывается ре-

жим при низшей температуре. Поэтому усилия в таком тросе должны определяться для двух режимов: при низшей температуре и при наибольшей вертикальной на-

грузке (при гололеде). Это необходимо потому, что при расчете фиксирующего тро-

са требуется определить, во-первых, натяжения, воспринимаемые опорами при наиболее тяжелом для них режиме (для проверки опор на прочность), во-вторых,

наибольшие натяжения фиксирующего троса для проверки его прочности.

Фиксирующие тросы воспринимают следующие нагрузки: неуравновешенные составляющие натяжений продольных проводов (на стрелках, отводах, кривых и т.д.); усилия от ветровых нагрузок на продольные провода; натяжение самого фик-

сирующего троса при различных режимах. Если в фиксирующий трос включена пру-

жина, то должно быть учтено и ее влияние, а если ее нет, то в отдельных случаях необходимо учитывать изменение прогиба опор.

При имеющихся малых поперечных пролетах изменение натяжения в тросе можно определить с достаточной точностью, пренебрегая влиянием его силы тяже-

сти, т.е. приняв ^^ = ^\ = 0. Тогда провод рассчитывают как жесткий стержень и натяжение при температуре υi составит

ном режиме;

Рik — то же при искомом (расчетном) режиме;

ak — длина соответствующего пролета между точками приложения отдельных горизонтальных нагрузок, м;

γ = γ / + γ // = lп − l -сумма прогибов обеих опор на уровне крепления фикси-

рующего троса, вызванных изменением натяжения в поперечных фиксирующих тросах.

Рис. 4.17. Расчетная схема фиксирующих тросов

Кроме того, при выводе формулы используют следующие величины:

Н'1 — натяжение в ослабленном крайнем пролете троса, передаваемое на левую опору, с учетом действия внешних нагрузок при исходном режиме, кН;

Н/i — то же, при расчетном режиме;

Нi" — натяжение в другом крайнем пролете троса, передаваемое на другую опору, с учетом действия внешних нагрузок при том же расчетном режиме, кН;

δ — характеристика эластичности пружины (величина, обратная жесткости),

включенной в ослабленное звено фиксирующего троса, м/кН.

Расчет сводится к тому, чтобы, зная натяжение Н'1 троса, выбранное для исход-

ного режима, определить натяжения Н/i и Нi" при расчетном режиме. При этом вли-

яние продольных сил при определении результирующих усилий Н/i и Нi" для упро-

щения учитывают как для жесткого стержня.

Фиксирующему тросу обычно задают напряжение 10—20 МПа при высшей

температуре, что в пролете длиной 5 м дает стрелу провеса 20—30 мм. При всех же других температурах трос получает большее напряжение, но все же меньше допу-

стимого.

Задачу решают как для всякой статически неопределимой системы — введени-

ем в расчет деформаций троса. Сумма деформаций (удлинений) троса от изменения температуры и внешних сил при переходе от исходного режима к расчетному:

ленных вдоль фиксирующего троса;

λδ - изменение длины пружины за счет изменения усилий в ней;

λγ — изменение деформаций опор за счет изменения усилий в поперечном и фиксирующем тросах.

Изменение длины троса, вызванное изменением температуры:

λϑ = lпα(ϑi −ϑ1 )

Изменение длины троса, вызванное изменением продольных* направленных

вдоль фиксирующего троса:

где Нik и H1k — натяжение в k-м пролете при расчетном и исходном режимах.

Изменение деформации опор за счет изменения усилий в поперечном и фикси-

рующем тросах: λγ = γ i − γ1

Значения H1k и Hik зависят от нагрузок, действующих вдоль фиксирующего тро-

са:

x=1

x=1

где х — номер пролета фиксирующего троса, подвешенного от первого до k-го

пролета.

Подставим выражения (4.16) и (4.17) в уравнение (4.15):

Подставим значения λϑ , λ р , λδ и λγ в выражение (4.14) и после преобразования получим

k =1

Если включена пружина, то учет прогиба опор γ x — γ 1 , дает очень малое уточ-

нение, поэтому им можно пренебречь. Если, наоборот, пружина отсутствует, то учет прогиба опор может внести заметное уточнение. При отсутствии пружины в отдель-

ных случаях проводимый расчет может дать отрицательные значения Н/i. В действи-

тельности этого быть не может, и объясняется это тем, что расчет ведется как бы для жесткого стержня. В этом случае следует считать, что натяжение Н/i = 0 и, следова-

тельно,

n

H i// = ∑ Pik k =1

Когда все расстояния между точками подвеса фиксирующего троса равны, т.е.

а1 =аг = ак =... = ап+1 =lп /(n + 1), и все силы, направленные вдоль фиксирующего троса, тоже равны, т.е. P11=P12=…=P 1k =P1n=P1 и соответственно

P1i=Pi2=…=P ik=Pin=Pi , второй член числителя выражения (4.18) заметно упростит-

ся. Тогда

Если пружина в фиксирующем тросе отсутствует, а это бывает в подавляющем числе случаев, то в формуле (4.20) следует принять δ =0.

В большинстве случаев, в том числе и в случае, когда силы, направленные вдоль фиксирующих тросов, неодинаковы, можно ввести средние значения этих сил:

Тогда с достаточной точностью можно пользоваться выражением (4.20).

4.6. Основания и поддерживающие элементы опор

Фундаменты служат для закрепления опор в грунте и должны обеспечивать их устойчивое положение при любых неблагоприятных сочетаниях нагрузок. Класси-

фикация фундаментов (рис. 4.18) определяется схемой прилагаемых к ним сил (оди-

ночные и групповые), способом установки (закапываемые, заливаемые, забивае-

мые), формой сечения (прямоугольные, круглые, двутавровые, трехлучевые), спосо-

бом скрепления с опорой (заливаемые, болтовые, стаканные, надеваемые на сваю,

устанавливаемые в короб), конструкцией (призматические, конические, свайные с

ростверком).

При применении одиночных фундаментов (рис. 4.19) момент внешних (выво-

рачивающих сил) уравновешивается моменте!.: реактивных сил в грунте. Фунда-

менты опор с конструкциями, например, с оттяжками (рис. 4.20, а, б), препятствую-

щими выдергиванию или погружению опор в грунт, называют раздельными. Стрел-

ки М на рис. 4.19 и 4.20 показывают направление момента М, действующего на фундамент, а стрелки в грунте — примерный характер реакций, вызываемых в нем.

При электрификации железных дорог около 70 % опор закрепляют непосред-

ственно в грунте (нераздельные опоры) и примерно 30 % устанавливают в стакан-

ные фундаменты (раздельные). Установленная в стакан опора закрепляется омоно-

личиванием полости между внутренними стенками стакана и наружной поверхнос-

тью опоры цементным раствором. Широкое применение нашли клиновидные фун-

даменты конструкции В.И. Подольского для раздельного крепления опор контакт-

ной сети системы КС-200 и др. (рис. 4.20, в). Для закрепления в грунте раздельных центрифугированных железобетонных опор (типа С и СО) и стоек жестких попе-

речин взамен ранее использовавшихся стаканных фундаментов и анкеров двутавро-

вого сечения широко применяют трехлучевые железобетонные фундаменты стакан-

ного типа, а для крепления оттяжек — трехлучевые анкеры, позволяющие умень-

шить высокое сопротивление грунта при их вибропогружении.

Обозначают фундаменты буквами и цифрами: Т — трехлучевой, С — стаканного типа, А — анкер; первое число в обозначении — несущая способность фундамента,

тс м, второе число — длина фундамента, м, например, ТС-6,0-3,5.

Оттяжки изготавливают из круглой стали диаметром 16 мм и используют для увеличения несущей способности опор. Обычно к верхней части опор крепят хому-

тами две оттяжки (на уровне несущего троса и контактных проводов), сходящиеся внизу на проушине анкера. Оттяжки могут быть неизолированными и изолирован-

ными. Последние применяют для предотвращения стекания через оттяжку блуж-

дающих токов в случае высокой электропроводности грунта.

Подкосы применяют как элемент увеличения несущей способности опор при невозможности использования оттяжек. Выполняют подкосы в виде протяженной,

работающей на сжатие фермы, например решетчатой, уголковой (рис. 4.20, в). Ниж-

ним концом ферма опирается на анкер.

Фундаменты

Рис. 4.18. Классификация фундаментов опор контактных сетей

Анкеры предназначены для крепления оттяжек или подкосов и клас-

сифицируются по форме сечения: призматические, двутавровые, трехлучевые. Обо-

значение последнего — ТА.

Лежни и опорные плиты применяют для улучшения закрепления без фунда-

ментных опор в грунте. Их изготавливают трех типоразмеров и обозначают: леж-

ни— Л-1, Л-П, Л-Ш, а опорные плиты — ОП-1, ОП-П и ОП-1П. Первые две плиты выполняются в виде кругов, третья — прямоугольной формы (600 х 800 мм, толщи-

ной 50 мм).

Все фундаменты, анкеры, лежни и опорные плиты изготавливают из ненапря-

женного железобетона.

Для закрепления железобетонных опор в районах вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания грунта применяют специальные конструкции: сваи длиной 8

и 10 м; анкеры стоечного типа Длиной 4,5 м с опорной плитой в основании; свайные забиваемые анкеры длиной 10 м, а также теплоизоляцию фундаментной части, пре-

пятствующую оттаиванию грунта. Для закрепления в грунте металлических опор гибких поперечин применяют железобетонные свайные, а также раздельные (рис. 4.20, г) фундаменты, состоящие из двух блоков с анкерными болтами для крепления.

а М

Рис. 4.19. Схемы закрепления опор на выворачиваемых фундаментах: бесфундаментное крепление (а); с лежнями (б); призматическое (в); ступенчатое (г); двутавровое (д)

Обозначают блочные фундаменты буквами и цифрами: Р — раздельный, Ф — фундамент, первая цифра — тип блока по опалубочным размерам, вторая — тип ар-

мирования. Перспективные фундаменты опор гибких поперечин (рис. 4.20, д) состо-

ят из железобетонной плиты -ростверка, сквозь отверстия в которой забивают сваи.

Сваи и ростверк соединяют между собой сваркой с помощью специальных металли-

ческих анкеров, заделанных в бетон, и съемных накладок, а затем омоноличивают бетонными оголовками. Для облегчения конструкции ростверка в нем устраиваются

«окна», заполняемые грунтом.

Рис. 4.20. Схемы закрепления опор на различных выдергиваемых фундаментах: с анкером и подопорной плитой (а); ступенчатый фундамент с анкером (б, в): раздельный (г); свайный с ростверком (д); 1 — анкер: 2 — подопорная плита; 3 — опора; 4 — оттяжка; 5 — ступени; б — подкос: 7 — свая; 8 — ростверк; 9 — раздельные фундаменты

4.7. Расчет закрепления опорных конструкций в грунте

Нагрузки, приложенные к опоре, передаются на грунт. При этом они не должны приводить к его разрушению, так как опора может потерять устойчивость и эксплу-

атация линий, расположенных на этих опорах, станет невозможной. Конструкции закрепления опор зависят от вида и значения нагрузок, качества грунта, профиля местности и т. д. Методы расчета закрепления опор будут рассмотрены ниже.

Характеристики грунта и расчетные эпюры давлений. «Пассивное давление грунта» — термин, в котором грунт рассматривают как сыпучее тело, т.е. совокуп-

ность мелких твердых однородных частиц, не имеющих связи друг с другом (ли-

шенных силы сцепления). Основными характеристиками грунта в этом случае яв-

ляются угол естественного откоса ϕ и угол внутреннего трения ψ .Силу тяжести G

отсеченной части объема сыпучего тела (рис. 4.21, а) можно разложить на две со-

ставляющие N и Т. Сила N уравновешивается нормальной реакцией остальной ча-

сти грунта, а сила Т — силой трения в плоскости С— С. При некотором (предель-