车站接触网平面设计几个主要计算的探讨

车站接触网平面设计几个主要计算的探讨

郑州铁路局建设管理处 刘向明

摘要：结合多年具体工程实际，对电气化区段车站接触网平面设计的主要计算进行探讨，提出设计原则和相应计算公式。

关键词：电气化 接触网 设计 计算

目前，我国新建及改建大中型电气化铁道工程一般由设计院进行设计，随着我国国民经济快速发展，地方铁路及铁路专用线日益增多，由于所处区域不同，涉及的铁路既有线各有不同，其接触网设计亦多具有自身的特点，但因其项目规模较小，故设备管理单位或施工单位也经常参与或承担相应的工程设计。本文就此类工程设计的几个主要计算进行探讨，以资借鉴。

一、设计范围及基本参数

本次设计范围为神火专用线泉店车站3股道及区间走行线全部挂网，接触网电源由新乡北车站接触网上直接引入，并加设隔离开关和分段装置；正线（5道）承力索+导线：TJ-95+CTHA-120，张力分别为15kN 、10kN ；站线：承力索+导线TJ-95+TCG-110，张力分别为15kN 、8.5kN ；改装车站气象区为I 区，最高大气温度40℃，最低大气温度-5℃，最大风速大气温度10℃，最大风速：35m/s，无覆冰；污秽区为重污区，泄漏距离不小于1200mm 。

二、平面设计的几个主要计算

（一）跨距长度计算

跨距的计算是为了效验最大风偏移值，即实际跨距时的风偏移值应小于最大风偏移值。其计算应分为直线区段、曲线区段、缓和曲线区段3部分，计算公式如下：

1. 直线区段上等“之”字布置：

mpl 22a 2Tj b j max ＝++y j 28T j mp j l

l max =2

2. 曲线区段 T j m p j [b jx -y j +(b jx +y j ) 2-a 2]

b j max l 2mp j 1=(+) -a +y j 8T j R

l max =22T j

mp j +T j

R (b jx -y j +a )

3. 缓和曲线

b j max l x a +a 2l 2mp j =(+) -1+y j 8T j Rl 02

结合泉店车站3股道情况及给定的工务平面图，计算结果如下：

直线区段：b j max ＝391.13mm65m；

曲线区段：b j max ＝11.27mm40m；

缓曲区段：b j max ＝9.5mm

均满足跨距计算要求。

（二）安装曲线绘制

安装曲线绘制包括6个部分：有载承力索张力曲线，承力索实际跨距驰度曲线，接触线驰度曲线，接触线在悬挂点处高度变化曲线，无载承力索张力曲线，无载承力索实际跨距驰度曲线。

安装曲线具体计算步骤如下：

1. 当量跨距

l D =∑l

i =1n 3i ∑l i =1n i

2. 结构系数

用于表示接触悬挂的结构特征，称为结构系数。

（l D -2e ) 2

ϕ=2l D

3. 临界负载

q lj =-q 0ϕT j T c 0+24α*Z max (t b -t min ) 2l D 22 +W min

4. 确定起始条件

若q b 为最大值则以t b 为起始计算条件，若q v 为最大值则以t v 为起始计算条件，q lj 为

最大值则以t min 为起始计算条件。

5. 精确计算T c 0

32T c 0＋A*T c 0＋B*T c 0+C=0

6. 求解状态方程（绘制承力索张力曲线）

由精确计算的T c 0确定W x ，W 1，Z x ，Z 1

代入下面的状态方程：

22W x 2l D Z x W 12l D Z 1 t x =[t 1--]+-2αES 24αZ 12αES 24αZ x

状态方程求解即可画出有载承力索张力曲线T cx =f (t x )

结合本次接触网平面设计，全补偿链型悬挂安装曲线如下：

F 0＝0.000165*l i *l i

axc ＝1.125+0.045*tx；

axj ＝1.296+0.027*tx；

（三）支柱容量效验

支柱的负载是支柱在工作状态下所承受垂直负载和水平负载的统称。结合本次接触网平面设计，混凝土支柱选取H78-250。中间柱受力分析及有关安装尺寸如下图所示。

本次支柱容量计算选取一道岔柱（全补偿下锚柱）进行计算。其计算结果如下：

L ＝65m ；G x ＝2.5103kN ；G W ＝1.2kN ；

P VC 1＝0574kN ；P VC 2＝0.574kN ；

P VJ 1＝0.592kN ；P VJ 2＝0.567kN ；

P Z ＝1.15kN ；P 之C ＝0.2596kN ； P 之J ＝0.2308kN ；

P MC ＝0.9923kN ；P MJ ＝0.6615kN ；

M 0=-(G x 1+G W 1) Z -G x 2(Z +0. 5) +(P VJ 1+P 之J ) H 1+(P VJ 2+P MJ )(H 1+0. 5) +P VC 1H 22

+(P VC 2+P MC ) H 3+P Z H 4 ＝110.02kNm

此支柱满足容量计算要求。

（四）软横跨容量效验及预制

软横跨结构尺寸如下图所示。

软横跨容量效验的所需参数可以通过有关资料中的软横跨安装主要尺寸表、横承力索及上下定位索单位计算负载表、软横跨节点重量表查找得到，具体方法如下：

1. 各股道垂直负载

在计算时，因考虑到横向承力索的弛度很大，所以假设垂直负载全部由它承担，并且各个悬挂的负载都集中在悬挂点，如上图所示。

G i =gl +1(a i +a i +1) H +J i 2

2. 确定最低点

在计算中已知承力索最大弛度f max ，但f x 的所在位置—般是不知道的，在确定了f max m a

所在位置O 点后，则应从O 点将软横跨分为两部分，使各垂直负载对O 点取力矩，即可得横向承力索对支柱产生的最大弯矩。

F B =∑Q x i

i =1n i

L F A =∑Q

i =1n i -F B

式中x 1=a 1，x 2=a 1+a 2，x 3=a 1+a 2+a 3，依次类推。

F A ，F B 及a i 如下图所示。

确定了支柱的反力后，可将反力F A 依次减去和它邻近的悬挂负载(或者将F A 依次减去和它相邻近的悬挂负载) ，当差值出现负号时，则该悬挂点即为横向承力索的最大弛度f max 所在的位置。

横向承力索的各垂直负载对最低点取矩，此值即为最大力矩。在已知横向承力索最大弛度f max 时，可求得横向承力索的水平力T h 为：T h =M max f max

式中M max =F A (a 1+a 2+⋯⋯a O ) -Q 1(a 2+a 3+⋯⋯a O ) -⋯⋯Q O -1a O

3. 上下部定位索的计算

上部定位索最大张力T s 为：

T s =0. 2+∑P c l +∑P RC +∑P MC

下部定位索最大张力T x 为：

T x =0. 2+∑P J l +∑P RJ +∑P MJ +∑P 之

4. 软横跨柱负载计算

M ＝T h H h +T s H s +T x H x +M Z

式中M －软横跨柱基础面出可能出现的最大弯矩（kN/m）；

，M Z ＝M Z －支柱受风力产生的弯矩（kN/m）P Z H 。 2

本次设计选取站场一组软横跨计算如下：最大风速时：

G1=G5=1.796kN； G2=G4=1.446kN； G3（正线）＝1.586kN ；

对B 点取力矩后，F B =∑Q x i

i =1n i

L ＝4.035kN ，最大弯矩在3道。

f max ＝5.975m ，T h =M max ＝4.88kN ； f max

T s =0. 2+∑P c l +∑P RC +∑P MC ＝3.485kN ；

T x =0. 2+∑P J l +∑P RJ +∑P MJ +∑P 之＝4.023kN ；

M ＝T h H h +T s H s +T x H x +M Z ＝165.52kNm

所以满足软横跨容量计算要求。

（五）锚段张力效验

本部分只涉及全补偿链型悬挂锚段长度的计算，具体的锚段张力效验如下：

1. 吊弦造成的张力增量∆T jd

∆T jd =L (L -l ) g j (ε-a ∆t )

2c

2. 定位器形成的张力增量∆T jw

∆T jd =L (L -l )(ε-α∆t ) T j 2Rd -0. 5L (L -l )(ε-α∆t )

3. 接触线总张力增量∆T jE

∆T jE =

1-∆T jd +∆T jw ∆T +∆T 2jd jw

3ES (α∆t -ε)

4. 承力索张力增量∆T c

∆T c =-L (L -l ) α∆t T c 2Rd +0. 5L (L -l ) α∆t

5. 承力索总张力增量∆T cE

∆T cE =∆T c 2∆T c 1-3ES α∆t

选取3道（正线、直线）锚段进行计算结果如下：

各段跨距分别为：65，65，55，40.8，42.6，49.6，49.5，55，55，55，60.3，65，65，55，50，55，65，65，65，65，65，65，65，55，49.5，55.1，49.8，60，28.6； 当量跨距l D =∑l

i =1n 3i ∑l i =1n i ＝58.75m ，取为60m ；

F wx g c *l i 2＝0.2535m ； =8T cwx

F 0＝1.131m ； 3

＝0.0486*△t ； c =c min +∆T jd =L (L -l ) g j (ε-a ∆t )

2c

分别取最高温度40℃和最低温度-20℃，计算后：

∆T jd ＝1.944kN ；∆T jd ＝0.243kN ；

均满足接触网设计要求。

三、结束语

以上设计计算是车站接触网工程设计几个主要内容，要完成整个工程设计还需对等进行计算和校验，并在此基础上确定各种选型，最终绘制出接触网设计平面图，以供工程施工使用。当前，随着接触网计算机辅助设计的大量采用，大型工程中设计人员涉及的具体计算逐渐减少，减轻了工作强度，提高了工作效率，但不论采用何种计算手段，其基本的设计原

则都来源于上述几个基本计算，特别是在一些特殊的项目和环境中，仍需工程技术人员进行具体的计算，因此希望本文不仅给工程技术人员提供参考，也能给予较大的帮助。