接触网的荷载假设

7.1.1 简介

接触网承受着各种荷载。导线、零部件、绝缘子和支持装置的自重作用持久并且可根据技术数据和尺寸对其进行精确计算。还有导线张力的作用，不过在未安装自动张力补偿装置情况下张力大小取决于导线的温度。那些没有安装在隧道或其他防护区内的接触网将暴露在露天环境中，要时时承受因施加于导线和结构部件的风力而增加的沉重荷载以及导线覆冰荷载。这些荷载可通过长期天气观测所记录的统计估量值来确定。风和冰是随机的分布函数，它们发生的频率可用概率统计定律来解释，见参考文献 [7.1]。在施工和维修期间，接触网还要承受额外的荷载，即必须承受那些由保障人身安全的结构所致的荷载。设计荷载的技术规范包括施工和维修荷载的附加因素。

7.1.2 固定荷载

结构、零部件和导线的自重是沿垂直方向作用，而在水平连接点处，由导线张力造成的荷载则沿水平方向作用。自重与导线的温度无关，而是与设备的尺寸有关。在设备的使用期限内，它们仅随接触线的磨损而变化。接触线和承力索采用自动张力补偿时，其张力近似恒定。而在导线和绞线无补偿下锚时，其张力的大小取决于导线的温度，张力的变化是环境温度、电流负荷和冰荷载 (若有的话) 的函数。结构设计必须考虑导线上所产生的最大张力。

这种垂直荷载等于 (参见第5.1.3.2节的内容)

式中 l_i，l_i+1——与该支持装置相邻跨的跨距;

NN_i——该支持装置的高度;

H——水平方向的导线张力。

水平方向的导线拉力可通过导线的拉力及其横截面来计算。根据几何尺寸还可确定该支持装置处的水平荷载。这些分力的确定参见第5.1.3.2节的内容。对线路曲线半径为R且相邻跨距为l_i和l_i+1的支持装置来说：

式中 b_i——支持装置处的拉出值。

7.1.3 变化荷载

7.1.3.1 概述

由气候条件造成的变化荷载要加到固定荷载上。整个接触网暴露在露天环境中。在许多地区，包括中欧和北欧、俄国、中国北方、日本和北美洲，导线除受到风的作用之外，还会覆裹冰层。极端的气候条件造成了接触网的最大荷载。

7.1.3.2 风荷载

风荷载是由风的速度决定的，风速随时间和地点而变化，尤其会随着地面高度增加而增大，其公式为

式中 h——距地面的高度;

α——粗糙度参数;

v₁₀——距地面10m高度处的参考风速。

图7.1 根据标准ENV1991-2-4绘制的德国风区图

参考风速值

地区1 24m/s

地区2 28m/s

地区3 32m/s

地区4 33m/s

按照输电线路采用的标准 [7.1] 和四类地形的分类，气象风速可判断如下：

——A类： 风吹过的区域为广阔的水面，平坦的海滩和沙漠。

——B类： 障碍物不多的开阔地势，例如，树和建筑物不多的田野。

——C类： 有许多小障碍物，如树篱、树和建筑物的地区。

——D类： 建筑物或多或少林立和/或树木茂盛的城郊地区。

就这些地形类型而言，指数α可分别取0.12、0.16、0.22和0.28，见[7.1]。式(7.3)采用的风速值是在10min或1h周期内求出的平均值。请查阅[7.2]，以便按地区确定风速的设计值。

实际上，接触网设备的设计要参考输电线路和土木工程的标准。图7.1为 [7.3] 绘制的德国风区和风速参考值。德国可分为四个风区，风速值涉及10min的平均周期以及50年的重现期。

根据这些基本假设可推导出设计风速vR。在设计时，要区别对列车运行无任何影响的风荷载与在极端条件下对支持装置不会产生危害的可能产生的风荷载。这尤其适用于那些强风发生地区，例如飓风地区，作为一个例子，DB AG(德国铁路股份公司)为其传统网络设计的各种接触网在风速高达26m/s时均可以正常运行。在沿海地区，预期为高风速，设计风速采用29m/s。就高速线路而言，部分路径处在高架桥上，采用的风速值为37m/s。

根据设计风速vR，空气动力学的风压为

式中 γ——空气密度，通常为1.25kg·m^-3。

通过风压可确定诸如导线、腕臂和支柱之类构件上的风荷载。接触网跨距为l时，相邻支持装置各方承受的风荷载为