接触网荷载和应力的假设

5.1.1 基本原则

电力牵引接触网的设施会受到机械、电气、气象等方面的荷载和应力的影响。为确保电能可靠传送到牵引车辆，接触网设施必须承受规定极限内的所有的荷载和应力，并符合相关的标准要求如IEC60913和-3 ，EN50119和EN50122和其他国家标准。

在计算接触轨设施的尺寸时，由于接触轨或第三轨系统的截面较大，因而要考虑温度变化引起的伸长和收缩，这点很重要。相对来说其他气候方面的因素在这类系统中起的作用不是很大。因此，架空接触网的尺寸计算就显得更加复杂，架空接触网系统包括通电的纵向接触网设备和悬挂接触网设备的横向和垂直支撑结构。　本章讨论的是确定接触网设备机械尺寸的计算。

接触线和接触网设备承受着垂直和水平作用力，这些力会改变这些元件的位置。在本节中，我们把这些力称为 “荷载”。按照EN50119标准中的定义，架空接触网系统中的以下荷载是必须考虑的：

—所有导线、线索和其他元件的自重荷载;

—导线、线索和其他辅助绳索的最大允许张力;

—导线、线索、支柱和腕臂承受的风荷载;

—以安装荷载和冰荷载形式出现的附加荷载或添加荷载;

—由于断线或作用在线和绳索上力的减少而引起的瞬时荷载。

5.1.2 自重荷载

架空接触网自重荷载是由线索、导线、绝缘子、线夹、吊弦和零件的自重或净重产生的。它们被作为一个整体表述，即单位长度质量为m′，采用平均悬挂间距进行计算。在通用术语解释中，把单位导线自身质量的重力定义为单位长度荷载G′，它与长度成比例，其表达式为

式中 g——重力加速度。

表5.1给出了常用接触线、导线和接触悬挂设备单位长度的质量和荷载;

表5.1 新、未磨损的接触线、导线及承力索的单位长度质量和单位长度荷载

注 1)7股;

2)德国铁路 (DB) 标准接触网系统。

截面为A_cw、质量为γ_cw的接触线单位长度荷载可用下面公式计算

G′_cw＝A_cwγ_cw/102

(5.2)

绞线的各股线的长度要比导线实际长度长3%。由于从一个跨距到下一个跨距，吊弦、零件和其他零件的自重荷载可能不同，在实际设计和规划中，这些部件的自身重量是按典型跨距确定的，然后用这一值来计算相对应的单位长度荷载，表5.1中给出各种接触网设计的近似值。

5.1.3 张力及其分力

5.1.3.1 作用于导线和线索的张力

作用于导线和线索上的张力及导线和线索自身的张力是由架空接触网结构设计确定的，接触线和承力索的张力范围通常为10～15kN。在Re330型标准化高速架空接触网中，承力索的张力是21kN，接触线张力是27kN(第5.1，5.2节)。1990年，在法国国铁的创速度记录行驶中，曾使用的接触线张力高达33kN [5.3]。

材料的允许应力是进行所有计算的基础，它决定了最大允许张力。　表5.2是架空接触网常用导线和线索的主要机械性能。如果导线最大允许拉伸应力为σ_per，导线截面为A，

表5.2 导线依照DIN48201标准、接触线依照EN50149标准的材质性能

表5.5 依照EN50119标准的承力索温度系数k_temp则最大允许张力F_per的计算可采用公式

EN50119标准指出，运行状态下最大允许拉伸应力的计算如下

在式 (5.4) 中，σ_min为最小抗拉强度; k_temp为最大运行温度和允许拉伸应力之间关系的系数，表5.3给出了这些值的例子;k_wear为最大允许磨损系数，例如： 最大允许截面减少到标称值的80%时，kwear是0.8; k_load为表示风荷载和冰荷载作用的系数，表5.4给出了推荐值;k_eff为表示张力补偿装置特性的系数。在常规设计中，k_eff可设定为0.95，在精确度较高，效率高于0.95的设计中，可允许k