關于大風條件下接觸網(wǎng)偏移的討論

鄧誠 黃河

摘要：本文先通過計算單根接觸線在直線和曲線段的理論最大風偏以及最大風偏產(chǎn)生的位置，再計算將承力索和接觸線綜合考慮的接觸懸掛的整體風偏，同時考慮風向?qū)佑|網(wǎng)在曲線內(nèi)側(cè)或外側(cè)的影響程度，并將承力索的風偏影響通過吊弦作用至接觸線的風偏，從而得出接觸懸掛的風偏及最大風偏位置。進而針對大風條件下接觸網(wǎng)懸掛的風偏值進行了分析，由于接觸懸掛結(jié)構(gòu)和受風面不同，從接觸線和接觸懸掛兩方面進行了比較和總結(jié)，得出了接觸懸掛的相互作用力并進行了計算。針對大風條件下分別從懸掛類型、支柱跨距和線索張力三個方面總結(jié)出了大風條件下通過相互作用力計算，得出了不同懸掛類型下支柱跨距和線索張力的不同組合對接觸網(wǎng)風偏的影響程度并得出了可以適當增加定位點質(zhì)量，或采用雙定位器的定位方式以及增強吊弦硬度，以減小承力索對接觸線的相互作用力的結(jié)論。

關鍵詞：接觸網(wǎng);風致偏移;接觸懸掛

中圖分類號：U225

1 前言

由于風對架空接觸網(wǎng)的線和導線施加的力使其水平方向偏離，出現(xiàn) “風偏”。與風載成正比，而偏離與線張力成反比。接觸線的允許偏移（風偏） 受到受電弓弓頭的工作范圍限制。架空接觸網(wǎng)的設計必須考慮確保橫向偏移是在允許極限內(nèi)，而受電弓運行時不會脫離接觸線-這種現(xiàn)象稱為“離線”。對受到橫向風作用的接觸網(wǎng)懸掛的運動目前尚未充分掌握，在陣風引起的復雜的懸掛振動，并且受到相鄰跨距的連帶影響下，現(xiàn)實中的旋轉(zhuǎn)腕臂支持的接觸線，與計算所得數(shù)值相比，有必要預想到可能有更大的偏移變動實際值出現(xiàn)。我們可以從懸掛類型、支柱跨距、線索張力等幾方面，對大風條件下接觸網(wǎng)的偏移進行討論。

2 關于風偏的計算

2.1 接觸線的偏移

（1）直線區(qū)段的風偏移

對于直徑為d的圓形截面導線，單位長度風荷載（N/m）的計算為：[1]

（1）

式中， ——風密度（kg/m3）;

——風速（m/s）;

——空氣動力阻力系數(shù);

——線索直徑（mm）。

單線的風偏移，載懸掛點右側(cè)點x處（如圖1）的情況可用式（2）表示：

（2）

接觸線和承力索與腕臂的連接時交替橫向位移（拉出值），風載情況下橫向位移是兩個系數(shù)yw（x）和ys（x）疊加的結(jié)果。

（3）

表示橫向位置的完整公式為：

（4）

通過求微分并把微分視為零，得出最大偏移值：

（5）

這樣，因風單獨作用造成的最大偏移為：

（6）

式（6）中用于單位長度風負載F大于 的情況。如果不是的話，最大偏移點將不會存在于所研究跨距之中。

對于實際應用來說， ，采用公式為：

（7）

（2）曲線區(qū)段的風偏移

確定風荷載狀態(tài)下接觸線偏移時，還應區(qū)分風向是在曲內(nèi)還是曲外。

在曲線上，接觸線偏移位必須考慮線路的超高值。

圖2中的坐標系中，從左至右，中心線右側(cè)為正，左側(cè)為負。線路中心線用下式表示：

（8）

由圖2可得yk：

（9）

因為li/2R遠小于1，式（9）可簡化為：

（10）

把 遠小于1代入式（8）～式（10）可得：

（11）

根據(jù)線索弛度公式和式（2）可得線索的橫向風偏移值：

（12）

圖2中下方為正，上方為負。

2.2 架空接觸懸掛的偏移

承力索和接觸線在受到風作用時，由于線徑和受風面不同，所產(chǎn)生的偏移也一定是不同的。在風作用下，承力索通過吊弦作用，對接觸線的偏移產(chǎn)生影響，結(jié)合本文2.1節(jié)所述，將承力索和接觸線捆扎在一起綜合考慮受風作用，如圖3所示：

接觸線通過吊弦作用于承力索的相互作用力FCWCA，可得：

（13）

計算風載下接觸懸掛的偏移，必須分別考慮承力索和接觸線的風荷載，F(xiàn)CAF和FCWF。

承力索：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（14）

接觸線：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（15）

以上所述，在承力索張力與接觸線張力相等的情況下，由于線徑和受風面不同，接觸線的偏移大于承力索的偏移。式（13）中沒有考慮拉出值的存在，在跨中，其相互影響而產(chǎn)生的橫向偏移Δe為：

（16）

從圖3中可得：

（17）

通過式（16）等于式（17），可得出與長度相關的風負載下接觸線和承力索相互作用力：

（18）

3 關于接觸網(wǎng)參數(shù)的討論

3.1 懸掛類型

對于簡單鏈形懸掛，風速45m/s，密度0.73 kg/m3。設承力索JTMH95（線徑12.5mm）、接觸線CTA120（線徑12.9mm）、接觸線空氣動力阻力系數(shù)取1.2、承力索空氣動力阻力系數(shù)取1.1、結(jié)構(gòu)高度1.4m、接觸線和承力索張力均為20kN，跨距50m。根據(jù)上述算法可得出相互作用力為0.63N/m。

對于彈性鏈形懸掛，風速45m/s，密度0.73 kg/m3。設承力索JTMH120（線徑14.21mm）、接觸線CTA150（線徑14.4mm）、接觸線空氣動力阻力系數(shù)取1.2、承力索空氣動力阻力系數(shù)取1.2、結(jié)構(gòu)高度1.6m、接觸線張力27 kN、承力索張力21kN，跨距50m。根據(jù)上述算法可得出相互作用力為1.574N/m。

相比之下，彈性鏈形懸掛由于懸掛線索較多，受風面積更大，整體更容易受風的影響。

3.2 支柱跨距

仍以3.1節(jié)計算參數(shù)為例，改變支柱跨距，得表1：

從表1中可看出，相互作用力是隨支柱跨距增加而增加但并不明顯。對線索的最大偏移有顯著的影響。特別是對于彈性鏈型懸掛，支柱跨距從40米變化到55米的情況下，其懸掛風偏增加181mm，為40米情況下的72%。

3.3 線索張力

線索張力的大小對接觸網(wǎng)風偏是有直接影響的，具體可表現(xiàn)在其相互作用力和仍以3.1節(jié)計算參數(shù)為例，跨距同為50m，改變線索張力或不同張力組合，得表2：

從表2看出，無論是哪種懸掛類型，所產(chǎn)生的相互作用力的大小，很大一部分取決于張力的差值，雖然承力索的張力和接觸線的張力相等所帶來的是最小相互作用力，但是其最大偏移比承力索的張力和接觸線的張力不相等時的要大。從表2還可以看出，不論是簡單鏈型懸掛還是彈性鏈型懸掛，其最大風偏都隨懸掛張力的增加而減小，承力索與接觸線的張力差倒不是影響懸掛偏移量的主要因素。

4 結(jié)論

通過以上分析，可得出以下結(jié)論：

（1）簡單懸掛在張力超過25kN后，相互作用力變化較為明顯。而彈性鏈形懸掛由于懸掛線索較多，整體抗風性不如簡單鏈形懸掛。在我國西部及沿海地區(qū)普遍存在大風的情況下，應優(yōu)先考慮使用簡單鏈形懸掛。

（2）支柱跨距對相互作用力影響較小，但對線索的最大偏移值影響較大，在計算風速小于40m/s時，支柱跨距不應超過50m，在計算風速為45m/s時，支柱跨距不應超過45m。特別是對于彈性鏈型懸掛，在施工過程中不能隨意調(diào)整跨距。

（3）線索張力綜合其影響來看，無論是張力相等還是不相等，建議采用超過30kN的方案以獲得更小的相互作用力。從最大偏移值來看，在懸掛張力綜合不變的情況下，建議采用張力不等的方案。

基于以上三點結(jié)論，還應考慮增加接觸懸掛自身剛性，如：一是在不產(chǎn)生懸掛硬點的條件下，適當增加定位點質(zhì)量，或采用雙定位器的定位方式;二是可考慮增強吊弦硬度，以減小承力索對接觸線的相互作用力等。

5 結(jié)束語

本文通過對單根接觸線的風負載所引起的偏移分析入手，進一步分析了承力索通過吊弦作用對接觸線的風致偏移，得出了其相互作用力。并對主要影響風偏的懸掛結(jié)構(gòu)、支柱跨距以及線索張力三個方面進行了不同條件下的計算，并得出了相應的結(jié)論，對設計和施工有重要的參考價值。

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作者簡介：鄧誠，男，本科，四川遂寧人，1983年生，高級工程師，中鐵八局電務公司，主要從事內(nèi)接觸網(wǎng)施工、管理工作

黃河，男，本科，四川簡陽人，1982年生，高級工程師，中鐵八局電務公司