一种用于铁路接触网的软横跨负载计算方法

1.本发明涉及一种用于铁路接触网的软横跨负载计算方法，属于供电接触网技术领域。


背景技术：

2.多股道接触悬挂通过横向承力索悬挂在线路两侧的支柱上的装配方式称为软横跨。软横跨由站场两侧的支柱、横向承力索、上、下部固定绳、直吊弦及连接它们的零件组成。因软横跨在架设时存在需要跨域多股道、受到运输等因素影响较大、调节裕度较小等原因影响，在电气化铁路软横跨的施工中，要求软横跨在挂设时一步到位，尽量避免返工，所以软横跨前期的计算和预制非常重要。
3.常用的软横跨计算方法有图解法、实测法、抛物线法、负载计算法等多种方法。
4.图解法就是利用绘图软件或者模型按照比例将现场的接触网支柱参数、股道参数等按照一定比例绘制到图纸上。但图解法预制的软横跨现场调整工作繁重，若误差较大时现场可能无法安装，很难一次性完成软横跨的计算、预制、安装工作，影响施工进度，增加劳动力和材料成本投入。
5.软横跨的实测法基本用对更换旧软横跨的情况下，在已有旧的软横跨可以利用测量工具直接测量时，利用人工对既有的需要更换的软横跨进行各部件长度测量。该方法即便是测量数据和现场各部件长度一致，但在安装后依旧会产生一定程度上形变，对于新建设的站场，无既有软横跨时，该方法可直接不用考虑。
6.软横跨计算的抛物线法，是在理想状态下，通过一元二次方程模拟计算软横跨的横向承力索，并根据股道间距来确定直吊弦在上、下部固定绳的位置，上、下部固定绳用直线来代替，由此来确定软横跨的大致形状。
7.如何找到一种便于操作且计算准确的负载计算方法是个技术难题。


技术实现要素：

8.针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种用于铁路接触网的软横跨负载计算方法。本发明通过以下技术方案实现。
9.一种用于铁路接触网的软横跨负载计算方法，其包括具体步骤如下：
10.步骤1、确定软横跨每个节点的负荷重量，负荷重量能通过零部件的重量累加得到，零部件的重量根据材料决定；
11.步骤2、建立负载计算模型
12.步骤2.1、结构参数的计算
13.①
软横跨支柱组立后，会向田野侧倾斜，现场测量得到支柱横线路方向倾斜率δ，通过计算公式(1)计算得到支柱偏移量；
14.d＝δ(h s-h)
ꢀꢀꢀ
(1)
15.其中d为支柱偏移量，单位：mm；δ为支柱横线路方向倾斜率，单位：mm/m；h为支柱露
出基础面高度，单位：m；s为基础面至最高轨面高差，当支柱地面高出轨面时为正，否则为负，单位：m；h为横向承力索悬挂处距离支柱顶部的距离，单位：m；
16.②
各悬挂点间距ai根据现场测量的线间距a2、a3……
、an以及设计的悬挂节点拉出值来确定；
17.步骤2.2、确定各悬挂点负载
18.悬挂点的负载由五个部分组成：横向承力索和上下部固定绳的总重p、电分段绝缘子的重量z、中心锚节重量m、纵向悬挂总重g和节点负荷重量j；
19.悬挂点的负载qi由公式(2)计算得到；
20.qi＝gi ji pi zi mi
ꢀꢀꢀ
(2)
21.其中gi为纵向悬挂总重，包括接触线、承力索还有吊弦及线夹的总重量；l1、l2为软横跨两次相邻跨距，单位为m；n为悬挂数目；q0为接触悬挂单位长度重量，单位：n/m，通过悬挂点负载确定；
22.ji为步骤1得到的每个节点的负荷重量；
23.pi为横向承力索和上下部固定绳的总重，ai、a
i 1
为步骤2.1
②
中求得的悬挂点间距；n为横向承力索的数量，3股道以下为1,3股道以上为2；q1为横向承力索单位长度的重量，单位，n/m；q2为上下部固定绳单位长度重量，单位，n/m；
24.zi为电分段绝缘子重量，绝缘子重量包含支柱节点绝缘子穿、电分段绝缘子串、纵向悬挂分段绝缘子串和分段绝缘器；
25.mi为中心锚节重量，悬挂点相邻跨距有中心锚节时，其重量按比例关系分摊到悬挂点处；
26.步骤2.3、确定横向承力索水平张力及悬挂点最低点
27.步骤2.3.1、根据假设条件计算出最低悬挂点左右两边承力索选挂点的水平距离l1、l2；
28.步骤2.3.2、将软横跨分割成左、右两侧的股道悬挂负载分别用力矩m1、m2来表示，分别通过公式(3)和公式(4)计算得到
[0029][0030][0031]
其中qi通过公式(2)获得，x1＝a1，x2＝a1 a2，
…
，xi＝a1 a2
…
ai，x
n 1
＝a
n 1
，xn＝an a
n 1
，
…
，xi＝ai a
i 1

…
a
n 1
，ai为步骤2.1
②
中求得的悬挂点间距；
[0032]
步骤2.3.3、求横承力索水平t和分解力y，分别通过公式(5)和公式(6)计算得到
[0033]
[0034][0035]
其中mi、m2通过公式(3)和(4)求得，l1、l2通过步骤2.3.1求得；
[0036]
若所得的y值大于0且小于k悬挂点的负载qk，即0＜y≤qk，则先前所设的软横跨最低点正确；
[0037]
若所得的y值为负数，即y＜0，则说明软横跨的最低点应该向左移动；
[0038]
若所得的y值大于qk，即qk＜y，则软横跨的最低点应该向右移动；
[0039]
若所得的y值为0，即y＝0，则说明该软横跨有两个最低点，除了所设的最低点外，另外一个最低点在所设最低点的左侧；
[0040]
若所得的y值为qk，即y＝qk，则说明该软横跨有两个最低点，除了所设的最低点外，另外一个最低点在所设最低点的右侧；
[0041]
步骤2.3.4、求横向承力索的分段长度
[0042]
①
根据各相邻悬挂点节点高差m
l
，m2，m3，
…
，m
n 1
，以及各悬挂点间距a1，a2，a3，
…
，a
n 1
作为两条直角边，利用勾股定理计算横向承力索的分段长度b1，b2，b3，
…
，b
n 1
；
[0043]
通过静力学平衡方程式原理计算出各个节点的高差m1,m2,m3，
…
，m
n 1
[0044]
软横跨最低点左边各相邻悬挂点节点高差通过通用公式(7)计算得到：
[0045][0046]
软横跨最低点右边各相邻悬挂点节点高差通过通用公式(8)计算得到：
[0047][0048]
其中ai通过步骤2中2.2
②
确定，悬挂点的负载qj通过公式(2)确定，分解力y通过公式(6)确定；
[0049]
通过勾股定理公式(9)得到横向承力索的分段长度
[0050][0051]
横向承力索总长度bi为各分段长度相加，通过公式(10)计算得到
[0052][0053]
②
计算各悬挂点直吊弦的计算
[0054]
求得横向承力索的最低点到上部固定绳的距离为最低点的直吊弦长度ck，各个节点处直吊弦的长度为最短直吊弦长度加各悬挂点节点高差m1,m2,m3，
…
，m
n 1
；
[0055]
③
计算上、下部固定绳长度
[0056]
上部定位绳在支柱上的固定点到相邻的股道线路中心的距离加上剩下股道的股道间距上部固定绳总长l；下部固定绳总长计算方法和上部固定绳计算方法一致，通过公式(11)计算：
[0057]
l＝c
x1
a2 ...a
n-1
c
x2
ꢀꢀꢀ
(11)
[0058]
其中：c
x1
、c
x2
为上、下部定位绳在支柱上的固定点到相邻股道线路中心的距离，ai通过步骤2中2.2
②
确定。
[0059]
本发明的有益效果是：
[0060]
本发明的软横跨负载计算方法能直接应用于excel等计算软件，具有计算方便和计算结果准确的优点，能直接计算铁路接触网中软横跨的。
附图说明
[0061]
图1是本发明软横跨通过最低点分为左右两个部分的结构示意图；
[0062]
图2是本发明软横跨分割成左、右两侧的股道悬挂负载的力矩m1、m2示意图；
[0063]
图3是本发明横向承力索分段长度的示意图；
[0064]
图4是本发明实施例1计算得到的5股道软横矿采用cad得到的绘制校核图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
[0066]
将本发明软横跨负载计算方法直接采用excel计算软件进行计算，并以5股道软横跨计算为具体实施例进行演算。
[0067]
实施例1
[0068]
该用于铁路接触网的软横跨负载计算方法，其包括具体步骤如下：
[0069]
步骤1、确定软横跨每个节点的负荷重量，负荷重量能通过零部件的重量累加得到，零部件的重量根据材料决定；
[0070]
5股道软横跨常见的接触悬挂类型和节点负荷如表1所示。5股道软横跨支柱挠度、上下部挠度为经验值，支柱宽度可根据现场实际钢柱的类型确定。
[0071]
表1
[0072][0073]
5股道软横跨基础数据如表2所示
[0074]
表2
[0075][0076]
表2第一栏与第二栏分别表示软横跨支柱a、支柱b的基础参数，以a为例，其中：ha为支柱a的高度(单位：m)；sa为支柱a基础面距离基准轨面高度差，低于基准轨面取正值、高于基准轨面取负值(单位：m)；yaw为支柱a外沿田野侧支柱面横线路方向的数显水平仪读数(单位:mm)；δaw为支柱a外沿田野侧支柱面横线路方向的斜率(单位：mm/m)；da为支柱a结构斜率和调整斜率所形成的偏移之和(单位：m)；das为支柱a上部固定绳的偏移值(单位：m)；dax为支柱a下部固定绳的偏移值(单位：m)；cx1为支柱a侧面限界(支柱外缘距相邻轨线路中心线的距离)(单位：m)；l1-2为相邻股道间距(单位：m)；cx2为支柱b侧面限界(支柱外缘距相邻轨线路中心线的距离)(单位：m)；lkj1为上行跨距(单位：m)；lkj2为下行跨距(单位：m)；lkjp为平均跨距(单位：m)；cmin(m)为横承最短直吊弦长度:4股道取400mm，5～6股道取600mm，7～8股道取800mm；hs为上部固定绳距离支柱基础面安装高度；hx为下部固定绳距离支柱基础面安装高度。
[0077]
步骤2、建立负载计算模型
[0078]
步骤2.1、结构参数的计算
[0079]
①
软横跨支柱组立后，会向田野侧倾斜，现场测量得到支柱横线路方向倾斜率δ，通过计算公式(1)计算得到支柱偏移量；
[0080]
d＝δ(h s-h)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0081]
其中d为支柱偏移量，单位：mm；δ为支柱横线路方向倾斜率，单位：mm/m；h为支柱露出基础面高度，单位：m；s为基础面至最高轨面高差，当支柱地面高出轨面时为正，否则为负，单位：m；h为横向承力索悬挂处距离支柱顶部的距离，单位：m；
[0082]
②
各悬挂点间距ai根据现场测量的线间距a2、a3……
、an以及设计的悬挂节点拉出值来确定；
[0083]
股道悬挂距支柱a、b悬挂点的距离计算如表3所示。
[0084]
表3
[0085]
xa-1xa-2xa-3xa-4xa-5xa-xb4.1214.67111.05016.41520.74325.296xb-xaxb-1xb-2xb-3xb-4xb-525.29621.17520.62514.2468.8814.553
[0086]
步骤2.2、确定各悬挂点负载
[0087]
悬挂点的负载由五个部分组成：横向承力索和上下部固定绳的总重p、电分段绝缘子的重量z、中心锚节重量m、纵向悬挂总重g和节点负荷重量j；
[0088]
悬挂点的负载qi由公式(2)计算得到；
[0089]
qi＝gi ji pi zi mi
ꢀꢀꢀ
(2)
[0090]
其中gi为纵向悬挂总重，包括接触线、承力索还有吊弦及线夹的总重量；l1、l2为软横跨两次相邻跨距，单位为m；n为悬挂数目；q0为接触悬挂单位长度重量，单位：n/m，通过悬挂点负载确定；
[0091]
ji为步骤1得到的每个节点的负荷重量；
[0092]
pi为横向承力索和上下部固定绳的总重，ai、a
i 1
为步骤2.1
②
中求得的悬挂点间距；n为横向承力索的数量，3股道以下为1，3股道以上为2；q1为横向承力索单位长度的重量，单位，n/m；q2为上下部固定绳单位长度重量，单位，n/m；
[0093]
zi为电分段绝缘子重量，绝缘子重量包含支柱节点绝缘子穿、电分段绝缘子串、纵向悬挂分段绝缘子串和分段绝缘器；
[0094]
mi为中心锚节重量，悬挂点相邻跨距有中心锚节时，其重量按比例关系分摊到悬挂点处；
[0095]
由于本实施例中的软横跨没有中心锚节及分段绝缘子，因此对gi、ji、pi进行计算，计算结果如表4所示。
[0096]
表4
[0097][0098]
步骤2.3、确定横向承力索水平张力及悬挂点最低点
[0099]
步骤2.3.1、根据假设条件：在软横跨中设定一个最低点，并以此最低点为分界，将软横跨分为左右两个部分，如图1所示，最低点所在股道为第k股道，计算出最低悬挂点左右两边承力索选挂点的水平距离l1、l2；
[0100]
步骤2.3.2、将软横跨分割成左、右两侧的股道悬挂负载分别用力矩m1、m2来表示，如图2所示，分别通过公式(3)和公式(4)计算得到
[0101][0102][0103]
其中qi通过公式(2)获得，x1＝a1，x2＝a1 a2，
…
，xi＝a1 a2
…
ai，x
n 1
＝a
n 1
，xn＝an a
n 1
，
…
，xi＝ai a
i 1

…
a
n 1
，ai为步骤2.1
②
中求得的悬挂点间距；
[0104]
步骤2.3.3、求横承力索水平t和分解力y，分别通过公式(5)和公式(6)计算得到
[0105][0106]
[0107]
其中m1、m2通过公式(3)和(4)求得，l1、l2通过步骤2.3.1求得；
[0108]
计算结果如表5所示。
[0109]
表5
[0110][0111]
其中fa、fb为最低点分开侧股道悬挂负载分别对支柱a、b悬挂点的力矩，其计算原理为各节点负载与定位点距离的乘积和与横向跨距的比。ma、mb为最低点分开侧股道悬挂负载分别对支柱a、b悬挂点的力矩。fa
′
、fb
′
为fa、fb减去分割点另一边负载重量后的对支柱a、b悬挂点力矩。
[0112]
若所得的y值大于0且小于k悬挂点的负载qk，即0＜y≤qk，则先前所设的软横跨最低点正确；
[0113]
若所得的y值为负数，即y＜0，则说明软横跨的最低点应该向左移动；
[0114]
若所得的y值大于qk，即qk＜y，则软横跨的最低点应该向右移动；
[0115]
若所得的y值为0，即y＝0，则说明该软横跨有两个最低点，除了所设的最低点外，另外一个最低点在所设最低点的左侧；
[0116]
若所得的y值为qk,即y＝qk，则说明该软横跨有两个最低点，除了所设的最低点外，另外一个最低点在所设最低点的右侧；
[0117]
步骤2.3.4、求横向承力索的分段长度
[0118]
①
根据各相邻悬挂点节点高差m1,m2,m3，
…
，m
n 1
，以及各悬挂点间距a1,a2,a3，
…
，a
n 1
作为两条直角边，如图3所示，利用勾股定理计算横向承力索的分段长度b1,b2,b3，
…
，b
n 1
；
[0119]
通过静力学平衡方程式原理计算出各个节点的高差m1,m2,m3，
…
，m
n 1
[0120]
软横跨最低点左边各相邻悬挂点节点高差通过通用公式(7)计算得到：
[0121][0122]
软横跨最低点右边各相邻悬挂点节点高差通过通用公式(8)计算得到：
[0123][0124]
计算结果如表6所示。
[0125]
表6
[0126][0127]
其中ai通过步骤2中2.2
②
确定，悬挂点的负载qj通过公式(2)确定，分解力y通过公式(6)确定；
[0128]
通过勾股定理公式(9)得到横向承力索的分段长度
[0129][0130]
横向承力索总长度bi为各分段长度相加，通过公式(10)计算得到
[0131][0132]
②
计算各悬挂点直吊弦的计算
[0133]
求得横向承力索的最低点到上部固定绳的距离为最低点的直吊弦长度ck，各个节点处直吊弦的长度为最短直吊弦长度加各悬挂点节点高差m1,m2,m3，
…
，m
n 1
；
[0134]
③
计算上、下部固定绳长度
[0135]
上部定位绳在支柱上的固定点到相邻的股道线路中心的距离加上剩下股道的股道间距上部固定绳总长l；下部固定绳总长计算方法和上部固定绳计算方法一致，通过公式(11)计算：
[0136]
l＝c
x1
a2 ...a
n-1
c
x2
ꢀꢀꢀ
(11)
[0137]
其中：c
x1
、c
x2
为上、下部定位绳在支柱上的固定点到相邻股道线路中心的距离，ai通过步骤2中2.2
②
确定。
[0138]
最短直吊弦假设为0.6m(4股道取400mm，5～6股道取600mm，7～8股道取800mm)。
[0139]
横向承力索的分段长度及总长计算模块如表7所示。
[0140]
表7
[0141][0142]
横承、上下部定位绳预制长度显示模块如表8所示，直吊弦预制长度显示模块如表9所示。
[0143]
表8
[0144][0145]
表9
[0146][0147]
为方便软横跨预制，利用autocad进行软横跨计算绘制。绘制校核图如图4所示。证明本发明用于铁路接触网的软横跨负载计算方法计算结果准确。
[0148]
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。