7.1.1 簡介

接觸網(wǎng)承受著各種荷載。導(dǎo)線、零部件、絕緣子和支持裝置的自重作用持久并且可根據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)和尺寸對(duì)其進(jìn)行精確計(jì)算。還有導(dǎo)線張力的作用，不過在未安裝自動(dòng)張力補(bǔ)償裝置情況下張力大小取決于導(dǎo)線的溫度。那些沒有安裝在隧道或其他防護(hù)區(qū)內(nèi)的接觸網(wǎng)將暴露在露天環(huán)境中，要時(shí)時(shí)承受因施加于導(dǎo)線和結(jié)構(gòu)部件的風(fēng)力而增加的沉重荷載以及導(dǎo)線覆冰荷載。這些荷載可通過長期天氣觀測(cè)所記錄的統(tǒng)計(jì)估量值來確定。風(fēng)和冰是隨機(jī)的分布函數(shù)，它們發(fā)生的頻率可用概率統(tǒng)計(jì)定律來解釋，見參考文獻(xiàn) [7.1]。在施工和維修期間，接觸網(wǎng)還要承受額外的荷載，即必須承受那些由保障人身安全的結(jié)構(gòu)所致的荷載。設(shè)計(jì)荷載的技術(shù)規(guī)范包括施工和維修荷載的附加因素。

7.1.2 固定荷載

結(jié)構(gòu)、零部件和導(dǎo)線的自重是沿垂直方向作用，而在水平連接點(diǎn)處，由導(dǎo)線張力造成的荷載則沿水平方向作用。自重與導(dǎo)線的溫度無關(guān)，而是與設(shè)備的尺寸有關(guān)。在設(shè)備的使用期限內(nèi)，它們僅隨接觸線的磨損而變化。接觸線和承力索采用自動(dòng)張力補(bǔ)償時(shí)，其張力近似恒定。而在導(dǎo)線和絞線無補(bǔ)償下錨時(shí)，其張力的大小取決于導(dǎo)線的溫度，張力的變化是環(huán)境溫度、電流負(fù)荷和冰荷載 (若有的話) 的函數(shù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮導(dǎo)線上所產(chǎn)生的最大張力。

這種垂直荷載等于 (參見第5.1.3.2節(jié)的內(nèi)容)

式中 li，li+1——與該支持裝置相鄰跨的跨距;

NNi——該支持裝置的高度;

H——水平方向的導(dǎo)線張力。

水平方向的導(dǎo)線拉力可通過導(dǎo)線的拉力及其橫截面來計(jì)算。根據(jù)幾何尺寸還可確定該支持裝置處的水平荷載。這些分力的確定參見第5.1.3.2節(jié)的內(nèi)容。對(duì)線路曲線半徑為R且相鄰跨距為li和li+1的支持裝置來說：

式中 bi——支持裝置處的拉出值。

7.1.3 變化荷載

7.1.3.1 概述

由氣候條件造成的變化荷載要加到固定荷載上。整個(gè)接觸網(wǎng)暴露在露天環(huán)境中。在許多地區(qū)，包括中歐和北歐、俄國、中國北方、日本和北美洲，導(dǎo)線除受到風(fēng)的作用之外，還會(huì)覆裹冰層。極端的氣候條件造成了接觸網(wǎng)的最大荷載。

7.1.3.2 風(fēng)荷載

風(fēng)荷載是由風(fēng)的速度決定的，風(fēng)速隨時(shí)間和地點(diǎn)而變化，尤其會(huì)隨著地面高度增加而增大，其公式為

式中 h——距地面的高度;

α——粗糙度參數(shù);

v10——距地面10m高度處的參考風(fēng)速。

圖7.1 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ENV1991-2-4繪制的德國風(fēng)區(qū)圖

參考風(fēng)速值

地區(qū)1 24m/s

地區(qū)2 28m/s

地區(qū)3 32m/s

地區(qū)4 33m/s

按照輸電線路采用的標(biāo)準(zhǔn) [7.1] 和四類地形的分類，氣象風(fēng)速可判斷如下：

——A類： 風(fēng)吹過的區(qū)域?yàn)閺V闊的水面，平坦的海灘和沙漠。

——B類： 障礙物不多的開闊地勢(shì)，例如，樹和建筑物不多的田野。

——C類： 有許多小障礙物，如樹籬、樹和建筑物的地區(qū)。

——D類： 建筑物或多或少林立和/或樹木茂盛的城郊地區(qū)。

就這些地形類型而言，指數(shù)α可分別取0.12、0.16、0.22和0.28，見[7.1]。式(7.3)采用的風(fēng)速值是在10min或1h周期內(nèi)求出的平均值。請(qǐng)查閱[7.2]，以便按地區(qū)確定風(fēng)速的設(shè)計(jì)值。

實(shí)際上，接觸網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)要參考輸電線路和土木工程的標(biāo)準(zhǔn)。圖7.1為 [7.3] 繪制的德國風(fēng)區(qū)和風(fēng)速參考值。德國可分為四個(gè)風(fēng)區(qū)，風(fēng)速值涉及10min的平均周期以及50年的重現(xiàn)期。

根據(jù)這些基本假設(shè)可推導(dǎo)出設(shè)計(jì)風(fēng)速vR。在設(shè)計(jì)時(shí)，要區(qū)別對(duì)列車運(yùn)行無任何影響的風(fēng)荷載與在極端條件下對(duì)支持裝置不會(huì)產(chǎn)生危害的可能產(chǎn)生的風(fēng)荷載。這尤其適用于那些強(qiáng)風(fēng)發(fā)生地區(qū)，例如颶風(fēng)地區(qū)，作為一個(gè)例子，DB AG(德國鐵路股份公司)為其傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的各種接觸網(wǎng)在風(fēng)速高達(dá)26m/s時(shí)均可以正常運(yùn)行。在沿海地區(qū)，預(yù)期為高風(fēng)速，設(shè)計(jì)風(fēng)速采用29m/s。就高速線路而言，部分路徑處在高架橋上，采用的風(fēng)速值為37m/s。

根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)速vR，空氣動(dòng)力學(xué)的風(fēng)壓為

式中 γ——空氣密度，通常為1.25kg·m-3。

通過風(fēng)壓可確定諸如導(dǎo)線、腕臂和支柱之類構(gòu)件上的風(fēng)荷載。接觸網(wǎng)跨距為l時(shí)，相鄰支持裝置各方承受的風(fēng)荷載為