Расчёт нагрузок, действующих на провода контактной сети.
Для контактной сети решающими являются нагрузки климатического характера: ветер, гололёд и температура воздуха, действующие в разных сочетаниях. Эти нагрузки имеют случайный характер: их расчётные значения за какой-либо период времени могут быть определены статистической обработкой данных наблюдений в районе электрифицированной линии.
Для установления расчётных климатических условий пользуются картами районирования территории России, для упрощённых расчётов данные к заданиям выдаются преподавателем.
Нагрузка от веса проводов является равномерно распределённой вертикальной нагрузкой, которую можно определить, пользуясь литературой (4).
Рекомендуемая величина нагрузки от струновых зажимов составляет 0,05 даН/м при одном контактном проводе.
Гололедная нагрузка вызывается гололёдом, представляющим собой слой плотного льда стекловидного строения с плотностью 900 кг/м3. Для расчётов принимаем, что гололёд выпадает цилиндрической формы с равномерной толщиной стенки льда, по воздействию нагрузка является вертикальной.
На толщину стенки гололёда на проводах оказывает влияние диаметр проводов. Поэтому при определении толщины стенки гололёда на проводах и тросах разных диаметров заданную толщину стенки гололёда умножают на коэффициент кг’.
На интенсивность гололёдных образований большое влияние оказывают высота расположения провода над поверхностью земли. Поэтому при расчёте толщины стенки гололёда на проводах, расположенных на насыпях, значение толщины стенки гололёда следует также умножить на поправочный коэффициент кг”.
Расчётную гололёдную нагрузку на провода контактной сети следует умножить на коэффициент перегрузки nг, учитывающий изменение гололёдной нагрузки в зависимости от рельефных условий расположения цепной контактной подвески.
Ветровые нагрузки на провода контактной сети зависят как от средней скорости ветра, так и от характера поверхности окружающей местности и высоты расположения проводов над землёй. В соответствии со строительными нормами и правилами «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» расчётную скорость ветра для заданных условий (высоты расположения проводов над поверхностью и шероховатости поверхности окружающей местности) определяют умножением нормативной скорости ветра на коэффициент кv, зависящий от высоты расположения проводов над поверхностью земли и от её шероховатости.
Ветровая нагрузка на провода цепной контактной подвески является горизонтальной нагрузкой.
Из разного сочетания метеорологических условий, действующих на провода контактной сети, можно выделить три расчётных режима, при которых усилие (натяжение) в несущем тросе может оказаться наибольшим, т.е. опасным для прочности троса:
· режим минимальной температуры – сжатие троса;
· режим максимального ветра – растяжение троса;
· режим гололёда с ветром – растяжение троса.
Для этих расчётных режимов и определяют нагрузки, действующие на несущий трос. В режиме минимальной температуры несущий трос испытывает нагрузку только вертикальную – от собственного веса; ветер и гололёд отсутствует; в режиме максимального ветра на несущий трос действует вертикальная нагрузка от веса проводов контактной подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, гололёд отсутствует. В режиме гололёда с ветром на несущий трос действуют вертикальные нагрузки от собственного веса проводов контактной подвески, от веса гололёда на проводах подвески и горизонтальная нагрузка от давления ветра на несущий трос, покрытый гололёдом при соответствующей скорости ветра.
Итак, расчёт нагрузок будем производить для трёх расчётных режимов, порядок расчётов приведён ниже.
Порядок расчётов
1.Выбрать нагрузки от собственного веса несущего троса и контактного провода.
Вес контактного провода g кп и вес несущего троса g нт определяется в зависимости от марки провода по таблицам (2, с.18, т.1.5 или 5, с173, т.6.1.1, с.176, т.6.2.1, с.178,т.6.2.7,или 4, с30,т.2.1, с37, т.2.5, с.38, т.2.6)
2. Рассчитать нагрузку от собственного веса цепной контактной подвески по формуле:
g п= g нт+ n (g кп+ g c) , даН/м, (1.1)
где g c= 0,05 даН/м – нагрузка от собственного веса струн и зажимов;
n – число контактных проводов.
3. Рассчитать нагрузку на несущий трос от веса гололеда по формуле:
g гнт=n г 0,0009 
b 
(d+ b ) , (1.2)
где n г- коэффициент перегрузки, учитывающий влияние высоты расположения провода над землёй на интенсивность гололедных образований .
Согласно рекомендациям технической литературы:
n г'= 0,75 – для участков контактной сети, расположенных в котловинах, узких долинах, в местах сплошной застройки, в лесных массивах, не подлежащих вырубке, в выемках глубиной более 6м и т.п;
n г"= 1,25 – для участков контактной сети, сооружаемых в местах с явно выраженным усилением гололёдной нагрузки (возвышенности и перевалы, вершины холмов, насыпи высотой более 5м).
B = к 'г к "г b н [мм] – расчетная толщина корки гололеда (1.3)
где к 'г – коэффициент, учитывающий влияние диаметра НТ на толщину гололедных образований (приложение 3, т.3.2)
к "г – коэффициент, учитывающий влияние высоты расположения контактного провода на толщину гололедных образований (приложение 3, т.3.3)
Расчётную толщину стенки гололёда с учётом поправочных коэффициентов допускается округлять до ближайшей целой цифры.
4.Рассчитать нагрузку на контактный провод от веса гололеда.
На контактных проводах расчётную толщину стенки гололёда устанавливают равной 50% толщины стенки, принятой для прочих проводов контактной сети, так как здесь учитывается уменьшение гололедообразования за счёт движения электропоездов и плавки гололёда (если таковая имеется).
g гкп= n г 0,0009 
(d ср+ 
), (1.4)
где d ср= 
– средний диаметр КП.
А и Н – ширина и высота сечения (соответственно) для контактного провода (2, с18, т.1.5 или 4, с.173, т.6.1.1).
5. Рассчитать нагрузку от веса всех контактных проводов цепной контактной подвески, покрытых гололедом по формуле:
g гп= g п+ g гнт+ g гкп n (1.5)
6. Рассчитать ветровую нагрузку на несущий трос при максимальном ветре по формуле:
p нт =с х 
, даН/м, (1.6)
где с х – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления ветру, отнесённый к площади сечения провода (приложение 3, т.3.5)
к v – коэффициент ветрового воздействия в зависимости от рельефа местности (приложение 3, т.3.4).
7. Рассчитать ветровую нагрузку на контактный провод в режиме максимального ветра по формуле:
p кп = с х 
, даН/м, (1.7)
8. Рассчитать ветровую нагрузку на несущий трос, покрытый гололедом по формуле:
p гнт = с х 
(1.8)
9. Рассчитать ветровую нагрузку на контактный провод, покрытый гололедом по формуле:
pгкv = с х 
(1.9)
10. Рассчитать суммарную нагрузку на несущий трос при максимальном ветре по формуле:
Расчёт проводов на совместное действие вертикальных (масса проводов, гололед) и горизонтальных (давление ветра) нагрузок ведут по суммарным (результирующим) нагрузкам, определяемым геометрическим сложением вертикальных и горизонтальных нагрузок.
(1.10)
11. Рассчитать суммарную нагрузку на несущий трос в режиме гололеда с ветром по формуле:
(1.11)
Расчет нагрузок, действующих на провода цепной контактной подвески, расположенных на боковых путях станции и на насыпи аналогичен, (фф. 1.1 -1.11). При выполнении расчётов используем все необходимые коэффициенты, результаты расчетов сводим в таблицу 1.1.
Таблица 1.1Расчёт нагрузок, действующих на провода контактных подвесок.
| Тип подвески | Для контактной подвески главного, прямого участка пути и кривых различного радиуса | Для контактной подвески боковых путей станции | Для контактной подвески, расположенной на насыпи | Для контактной подвески, расположенной в выемке | |
| нагрузки, даН/м | g кп | ||||
| g нт | |||||
| gс | |||||
| gп | |||||
| b , мм | |||||
| gгнт | |||||
| g гкп | |||||
| g гп | |||||
| d ср, мм | |||||
| р нт | |||||
| р кп | |||||
ргнт  | |||||
| ргкп | |||||
 | |||||
 |