承力索恒張力架設(shè)一次到位的影響因素分析

黃 河

?

承力索恒張力架設(shè)一次到位的影響因素分析

黃 河

以接觸網(wǎng)鏈形懸掛計(jì)算理論為基礎(chǔ)，詳細(xì)討論了承力索恒張力架設(shè)施工中的影響因素，得出了承力索在不同情況下的2種安裝曲線，以便能夠在架線施工中一次到位。

接觸網(wǎng)；承力索；架設(shè)；一次到位；應(yīng)用

0 引言

在承力索架設(shè)施工中，通常采用小張力或無(wú)張力架設(shè)，在下錨位置以設(shè)計(jì)的額定張力下錨。小張力或無(wú)張力架設(shè)的優(yōu)點(diǎn)在于架線過(guò)程易操控，缺點(diǎn)是下錨張力大，架線過(guò)程中易傷線，且在架設(shè)接觸線和布置吊弦后，由于承力索整體負(fù)載變化，引起承力索張力變化，致使承力索補(bǔ)償裝置需重新調(diào)整。若以恒張力方式進(jìn)行承力索架設(shè)，則可減小下錨張力，增加施工安全性。若對(duì)恒張力進(jìn)行有效控制，使之達(dá)到接觸網(wǎng)施工完畢的狀態(tài)，則可減少后期調(diào)整工作量。以恒張力方式架設(shè)承力索的關(guān)鍵影響因素包括張力、線索長(zhǎng)度、溫度、負(fù)載變化4個(gè)方面。

1 影響因素分析

1.1 當(dāng)量跨距

在一個(gè)錨段內(nèi)包含了許多不相同的實(shí)際跨距l，一般在懸掛點(diǎn)處懸掛的線索可以沿線路方向移動(dòng)，因此各實(shí)際跨距內(nèi)基本保持相同的張力。其跨距值由下式?jīng)Q定[1]：

1.2 張力變化的影響

1.2.1 有載承力索張力計(jì)算

按照鏈形接觸懸掛的計(jì)算理論，當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生變化，對(duì)d內(nèi)的接觸懸掛弛度會(huì)產(chǎn)生影響，從而引起線索總長(zhǎng)度的變化，其變化量為

考慮線索的長(zhǎng)度變化、溫差及新線延伸率，即

那么，

即得到有載承力索的張力普遍方程：

式中，x、1分別為變化后、變化前承力索的跨中弛度，m；cx、1分別為變化后、變化前的承力索張力，kN；x、1分別為變化后、變化前鏈形懸掛的歸算負(fù)載，kN/m；x、1分別為變化后、變化前鏈形懸掛的歸算張力，kN；x、1分別為變化后、變化前的溫度，℃；為承力索彈性系數(shù)，kN/mm2；為計(jì)算截面積，mm2；為線索的膨脹系數(shù)，1/℃；為新線延伸系數(shù)，0≤≤1；為新線延伸率。

式（5）中的x、1及x、1可由下式確定：

x=cx+Tj；1=cmax+Tj（7）

式中，x、1分別為變化后、變化前的承力索總負(fù)載，kN/m；0為無(wú)冰、無(wú)風(fēng)時(shí)承力索總負(fù)載，kN/m；c0為在0溫度下承力索的張力，kN；j為接觸線張力，kN。

式（6）、式（7）中的值表征接觸懸掛的結(jié)構(gòu)特征，稱為結(jié)構(gòu)系數(shù)，由下式確定：

1.2.2 無(wú)載承力索張力計(jì)算

對(duì)于全補(bǔ)償鏈形懸掛的承力索架線，假設(shè)：x=c（c為承力索自重，kN/m）；x=cx-（為架線張力，kN）；x=（為架線溫度，℃）。設(shè)起始條件：1=cdj（cdj為接觸懸掛負(fù)載，kN/m）；1=c1=c（c為承力索的額定張力，kN）；1=p（p為平均溫度，℃），那么，式（5）可寫成

式（9）為無(wú)載承力索的張力普遍方程，表征接觸懸掛在當(dāng)量跨距間承力索懸掛負(fù)載、溫度變化和張力變化的關(guān)系。

在式（9）中代入不同的值，即可求得相應(yīng)溫度。根據(jù)若干組、數(shù)據(jù)即可繪出無(wú)載承力索的安裝曲線=()。

以遂渝鐵路為例，遂渝鐵路某錨段采用THJ-95+CTHA-120全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形接觸懸掛，已知：c= 14.7 kN，d= 56.547 m，c= 5.85 N/m，cdj= 16.93 N/m，= 124 kN/mm2，= 95 mm2，= 17.6×10-6-1，p= 20℃，= 2×10-4，= 0.5。將數(shù)據(jù)代入式（9）可得表1數(shù)據(jù)，然后由表1繪制出無(wú)載承力索安裝曲線圖，如圖1所示。

1.3 張力引起彈性變形對(duì)線索長(zhǎng)度的影響

當(dāng)線性力作用于線索時(shí)，由于彈性變形，線索長(zhǎng)度將發(fā)生變化，假如施工時(shí)的線性力未超過(guò)彈性變形極限，一旦作用力取消，線索會(huì)恢復(fù)到其原始長(zhǎng)度。如果彈性模量（楊氏模量）是已知的，可以計(jì)算出彈性變形引起的線索長(zhǎng)度變化。當(dāng)作用于線索的力從0增加到x時(shí)，線索長(zhǎng)度變化為

以遂渝鐵路半個(gè)錨段（750 m）為例，THJ-95承力索張力為10 kN時(shí)，其預(yù)張長(zhǎng)度增加0.58 m。

1.4 溫度變化影響

線索的熱膨脹也會(huì)使線索的長(zhǎng)度發(fā)生變化，其變化量為

Dw=(x-0) （11）

式中，為線索長(zhǎng)度，m；x、0分別為當(dāng)前溫度和起始溫度，℃。

仍以遂渝鐵路為例，以半個(gè)錨段（750 m）進(jìn)行計(jì)算，溫度從-30℃升高到70℃時(shí)，THJ-95承力索的長(zhǎng)度變化量為1.32 m。

表1 無(wú)載承力索安裝表

圖1 無(wú)載承力索安裝曲線

1.5 負(fù)載變化影響

負(fù)載包括線索自重負(fù)載和接觸線、吊弦等設(shè)備安裝完畢后的負(fù)載。負(fù)載的變化直接影響承力索弛度，弛度的變化最終通過(guò)張力變化表現(xiàn)出來(lái)，前文1.2節(jié)已經(jīng)得出張力的狀態(tài)方程，在此不再敘述。

1.6 墜砣高度b值的計(jì)算

由于上述所有計(jì)算過(guò)程均考慮到線索的延伸，因此墜砣高度可由下式確定[2～4]：

式中，x為墜砣底部至基礎(chǔ)面高度，m；min為墜砣底部至基礎(chǔ)面最小允許高度，m；為補(bǔ)償滑輪傳動(dòng)比；k為半個(gè)錨段長(zhǎng)度，m；max為最高計(jì)算溫度，℃；為安裝時(shí)溫度，℃。

2 幾點(diǎn)討論

（1）若不考慮新線延伸量，即= 0，則由式（9）可得

（2）若不考慮新線延伸的影響，架線在平均溫度下進(jìn)行，即(-p) += 0，則由式（9）得

（3）若不考慮新線延伸的影響，架線在平均溫度下進(jìn)行，且忽略線索的彈性伸長(zhǎng)，即(-p) ++ (-c) /= 0，則由式（9）得

對(duì)于上述（1）、（2）2種情況，若架線后即倒線，則應(yīng)考慮新線延伸對(duì)腕臂偏移量的影響。此時(shí)腕臂的偏移量應(yīng)以中心錨結(jié)為始算點(diǎn)，向2個(gè)下錨方向計(jì)算，即

對(duì)第（3）種情況，若架線后即倒線，則應(yīng)綜合彈性伸長(zhǎng)和新線延伸對(duì)腕臂偏移的影響。此時(shí)腕臂的偏移量應(yīng)以中心錨結(jié)為始算點(diǎn)，向2個(gè)下錨方向逐跨計(jì)算，即

若接觸線和承力索同時(shí)架設(shè)，計(jì)算張力變化所產(chǎn)生的影響時(shí)，除了得出在承力索架設(shè)時(shí)對(duì)應(yīng)溫度所采用的張力外，還應(yīng)考慮無(wú)自動(dòng)補(bǔ)償狀態(tài)下的弛度和拉伸應(yīng)力。其狀態(tài)方程為[5]

當(dāng)確定在-10℃的區(qū)段，當(dāng)量跨距為56.547 m，安裝溫度為20℃，初始張力為8 kN。由上式可計(jì)算架線后張力x= 10.946 5 kN，即在-10℃時(shí)，張力為10.946 5 kN，溫度上升到50℃時(shí)，架線后張力降為2.421 kN。-10℃時(shí)對(duì)應(yīng)的弛度為0.16 m，而50℃時(shí)弛度為0.5 m，兩者相差0.34 m。雖然該現(xiàn)象對(duì)總錨段長(zhǎng)度并無(wú)影響，但施工時(shí)需提前計(jì)算好弛度的變化量，以便控制架線張力（表2），然后得出架線張力與弛度的關(guān)系曲線，如圖2所示。

表2 承力索安裝表

圖2 承力索弛度曲線

3 結(jié)論

在承力索架設(shè)施工中，應(yīng)先通過(guò)=()曲線關(guān)系確定放線張力和值，然后按照既有承力索狀態(tài)安裝中錨，最后將承力索倒入承力索座中。倒線前需先確認(rèn)腕臂是否處于支柱中心位置。如遇到曲線區(qū)段，可對(duì)腕臂采取防偏移措施。若接觸線與承力索同時(shí)架設(shè)，則需考慮負(fù)載與弛度、張力的關(guān)系，并確定安裝曲線。

根據(jù)以上分析，可以得出張力和溫度是影響恒張力架設(shè)承力索的2個(gè)最關(guān)鍵因素，通過(guò)確定張力、溫度二者的狀態(tài)關(guān)系曲線，找到其規(guī)律性。該方法在遂渝鐵路接觸網(wǎng)施工中得到應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文討論了承力索架設(shè)施工時(shí)所采用的張力以及墜砣值的確定；在接觸網(wǎng)鏈形懸掛計(jì)算的基礎(chǔ)上，考慮了新線的初伸長(zhǎng)，對(duì)接觸網(wǎng)鏈形懸掛計(jì)算有一定拓展；計(jì)算得出的安裝曲線具有更高的準(zhǔn)確性和更好的操作性，可直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)。

[1] 于萬(wàn)聚. 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.

[3] 袁玉森. 接觸網(wǎng)承力索架線一次到位施工技術(shù)[J].電氣化鐵道，2005（3）：5-7.

[5] Kie?ling, Puschmann, Schmieder．電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M]．中鐵電氣化局集團(tuán)譯．北京：中國(guó)電力出版社，2004．

With calculation theories for overhead contact line with catenary suspension as the basis, the paper discusses the influencing factors for messenger wires erected with constant force, two types of installation curves are obtained under different conditions, which are better for realizing the wire erection of wires once-at-a-time.

Overhead contact line system; messenger wire; erection; once-at-a-time; application

U225.5

B

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.01.011

1007-936X(2018)01-0047-03

2017-03-01

黃 河.中鐵八局集團(tuán)電務(wù)工程公司，高級(jí)工程師。