Опоры контактной сети и закрепление их в грунте.

В зависимости от способа закрепления в грунте: раздельные (с фун­даментами ) и нераздельные (бесфундаментные). Раздельные опоры могут устанавливаться на фундаменты мелкого (стаканные, клиновид­ные) и глубокого заложения (свайные). Соединение опор с фундамен­том выполняется с помощью стакана или анкерных болтов.

Промежуточные опоры воспринимают нагрузки от массы прово­дов контактных подвесок и дополнительных нагрузок на них (голо­лед, изморозь) и горизонтальные нагрузки от давления ветра на про­вода и от изменения направления проводов на кривых участках пути.

Переходные опоры устанавливают в местах устройства сопря­жений анкерных участков контактных подвесок и воздушных стре­лок и воспринимают нагрузки, аналогичные промежуточным опо­рам, но от двух контактных подвесок. На переходные опоры также воздействуют усилия от изменения направления проводов при от­воде их на анкеровку и на стрелочной кривой.

Анкерные опоры могут воспринимать нагрузки от натяжения закрепленных на них проводов и, кроме того, нести такие же на­грузки, как и промежуточные консольные.

Фиксирующие опоры воспринимают только горизонтальные на­грузки от изменения направления проводов на кривых участках пути, на воздушных стрелках, при отходах на анкеровку и от дав­ления ветра на провода.

Различают также опоры питающих и отсасывающих линий (фи­дерные) и специальные опоры. Опоры питающих и отсасывающих линий в соответствии с классификацией опор, принятой в линиях электропередачи, разделяют на промежуточные, угловые, анкер­ные (провода заанкерованы с обеих сторон) и концевые (провода заанкерованы с одной стороны опоры). Специальные опоры пред­назначены для установки секционных разъединителей или како­го-либо иного оборудования.

Консольные опоры служат для крепления на консоли контакт­ной подвески одного, двух или нескольких путей.

Опоры жесткой поперечины, или, как их называют, ригельные или портальные, служат для крепления контактных подвесок элек­трифицируемых путей на ригеле жесткой поперечины.

Опоры гибкой поперечины служат для крепления контактных под­весок на перекрываемых поперечиной электрифицируемых путях.

Наибольшее распространение получили железобетонные опо­ры; их используют в качестве промежуточных, переходных и ан­керных консольных опор, а также в качестве фиксирующих, фи­дерных, специальных опор и стоек жестких поперечин. Применение железобетонных предварительно напряженных опор из центрифу­гированного бетона дает сокращение расхода металла на изготов­ление опор. Однако установка железобетонных опор сложнее, чем металлических, так как они значительно тяжелее и требуют более бережного обращения при транспортировке и установке из-за хруп­кости бетона.

Железобетонные консольные опоры и стойки жестких попере­чин могут быть как нераздельными (цельными), так и раздельными.

Металлические опоры используют для гибких поперечин, для двухпутных консолей и анкерных самонесущих (без оттяжек) опор, а также в качестве консольных промежуточных, переходных, ан­керных, фиксирующих, фидерных опор и опор других назначе­ний. Устанавливают их на фундаменты.

Деревянные опоры допускается примененять только в качестве временных опорных конструкций контактной сети при проведе­нии восстановительных работ.

Для контактной сети используются только типовые опоры, раз­личающиеся между собой по назначению и конструкции.

Высоту (длину) опор, т.е. расстояние от верхнего (ВОФ) или условного (УОФ) обреза фундамента до вершины опоры, выбира­ют в зависимости от высоты подвешивания контактного провода и несущего троса цепных подвесок, а также конструкции поддер­живающих устройств, расположения на опорах контактной сети проводов ВЛ СЦБ, продольного электроснабжения ВЛ ПЭ и ДПР.

Форма и размеры поперечного сечения опор определяются из условия восприятия ими действующих нормативных нагрузок (нор­мативного изгибающего момента в уровне условного обреза фун­дамента) и минимального расхода материалов (бетона, стали). Для консольных опор размеры поперечного сечения должны обеспечи­вать восприятие нагрузки на уровне пяты консоли не менее 1/2 нор­мативного момента в уровне условного обреза фундамента.

Наименьшая высота консольных опор, определяемая от верха опор до уровня условного обреза фундамента должна составлять 9,6 м.

Такая же высота устанавливается и для стоек жестких поперечин. При этом длина нераздельных железобетонных опор с учетом фундамент­ной части в этом случае составляет 13,6 м (рис. 8.2, а), а длина раз­дельных опор с учетом установки их в стаканный фундамент — 10,4 или 10,8 м (рис. 8.2, б). Для других длин ( 10,0; 12,0; 15,6 м ) высота опор от уровня УОФ устанавливается проектом.

Металлические опоры для гибких поперечин изготавливались длиной 15 и 20 м. Для двухпутных консолей применялись также металлические опоры высотой 13 м или сдвоенные железобетон­ные опоры длиной 13,6—15,6 м, устанавливаемые в стаканные фундаменты.

2. Железобетонные опоры

При строительстве, реконструкции, обновлении и капитальном ремонте контактной сети применяются предварительно-напряжен­ные центрифугированные опоры. В качестве напряженной армату­ры используется высокопрочная стальная проволока или термо­упрочненные стальные стержни.

Для изготовления опор используется бетон низкой проницае­мости, высокой прочности и морозостойкости. По несущей спо­собности, трещиностойкости и деформативности опоры должны удовлетворять требованиям стандартов и проектов.

На электрифицированных линиях в эксплуатации находятся различные виды центрифугированных и двутавровых железобетон­ных опор. По характеру армирования они разделяются на типы:

• центрифугированные и двутавровые опоры с ненапряженной обычной арматурой — ЖБК и ЖБД;

• центрифугированные и двутавровые опоры, армированные только предварительно напряженной высокопрочной проволоч­ной арматурой диаметром 2,5—5,0 мм (струнобетонные) — СЖБК, СК, СКЦ, СКУ, С, СД;

• центрифугированные с предварительно напряженной стерж­невой арматурой — ГК, СП, СТ;

• центрифугированные опоры со смешанным армированием (на­пряженной или ненапряженной арматурой). У таких опор рабочая напряженная арматура выполняется из высокопрочной проволоки, как у струнобетонных, а ненапряженная — из горячекатанных стер­жней. По характеру размещения ненапряженных стержней опоры разделяются на два вида: с ненапряженной арматурой только в подземной части (СО, СКЦ _о ) и — по всей длине (СС, ССА).

Основные характеристики опор в зависимости от их типа и не­сущей способности заносятся в их маркировку. Ранее выпускавши­еся опоры, находящиеся в эксплуатации, в маркировке содержали три группы обозначений: первая группа — буквенная, обозначала марку опоры, вторая — числовая — несущую способность в тс м, третья — числовая — длину опоры. Например, СКЦ-4,5-13,6 обо­значает «опора струнобетонная коническая центрифугированная, несущая способность 4,5 тс-м, длина 13,6 м».

Современные опоры имеют другую маркировку и обозначаются следующим образом: первая группа — буквенная, обозначает марку опоры, вторая — числовая — ее длину и толщину стенки, третья — числовая — номер по несущей способности, четвертая — вид приме­няемой арматуры, в пятую группу включаются буквы, определяю­щие условия применения опор. Например, СС 136.6-3-1Э обозначает «опора со смешанным армированием длиной 13,6 м, толщиной стен­ки 60 мм, третьей группы по несущей способности, с рабочей напря­женной проволочной арматурой, предназначенной для применения на участках постоянного тока».

Под несущей способностью опор, обозначаемой в тс м (кН-м) или номером, понимается величина изгибающего момента в уров­не условного обреза фундамента, при котором в опоре отсутству­ют поперечные трещины. В расчетах принято, что УОФ находит­ся ниже УГР на 0,5 м или для опор длиной 10,8 и 13,6 м на расстоянии 9,6 м от вершины (рис. 8.3).

По несущей способности опоры разделяются на группы: 45 (1), 60 (2), 80 (3), 100 (4) и 120 (5) кН-м(в скобках — номер группы по несущей способности, указываемый в маркировке опор). Длина опор также стандартизирована: 10,0; 10,4; 10,8; 12,0; 13,6; 15,6 м.

По климатическим условиям железобетонные опоры могут экс­плуатироваться в районах с расчетной зимней температурой наи­более холодной пятидневки до -40 °С и выше, а также при темпера­туре наиболее холодной пятидневки ниже -40 °С до -55 °С, причем в последнем случае в маркировку опор добавляется буква «М».

По условиям эксплуатации в агрессивной воздушной среде цен­трифугированные опоры могут эксплуатироваться в неагрессив­ной, слабоагрессивной и среднеагрессивной среде без дополнитель­ных защитных покрытий. При сильноагрессивной среде на нижнюю часть опоры должны наноситься покрытия, а в марки­ровку опор добавлена буква «К».

Железобетонные нераздельные опоры могут устанавливаться в обычных необводненных грунтах, а также в районах с наличием пучинистых грунтов и вечной мерзлоты. В последних случаях дол­жны приниматься меры против выпучивания — в виде обмазок подземной части, анкеровки в вечномерзлом грунте. В особых ус­ловиях — обводненные и слабые грунты, торфяники — должны применяться раздельные опоры на фундаментах мелкого заложе­ния (ТСН, ФКА) или на сваях. На скальных грунтах должны при­меняться в основном раздельные опоры на фундаментах типа ФС или на шпуровых ([1]) фундаментах.

Железобетонные опоры могут применяться в сейсмических рай­онах с балльностью до 9 баллов.

Конструкция железобетонных центрифугированных опор рас­считана на значительные нагрузки и тяжелые условия работы. Они представляют собой полые конические трубы, в стенке которых равномерно по всему периметру располагается продольная рабо­чая арматура (рис. 8.4). Для обеспечения длительной стойкости арматуры в бетоне без коррозии толщина защитного слоя бетона с наружной стороны опор составляет 23 мм. Продольная армату­ра объединена в каркас с помощью металлической спирали арма­туры, навиваемой по всей длине арматуры. Для предотвращения растрескивания бетона при передаче на него усилий от предвари­тельно-напряженной арматуры, в верхнем торце опор устанавли­ваются усиливающие кольца, а в нижнем — навивается три до­полнительных витка спирали. По этой причине не допускается укорачивание изготовленных опор. По всей длине опор с внутрен­ней стороны для предотвращения стягивания каркаса при навивке спирали должны устанавливаться монтажные кольца.

Опоры изготавливаются из бетона по прочности на сжатие класса не ниже В30. При этом не допускается применение пласти­фицирующих и других добавок, изменяющих проводимость бето­на. Бетон должен быть особо низкой проницаемости, иметь марку по морозостойкости для опор, эксплуатирующихся при расчет­ной зимней температуре до -40 °С включительно, не менее F150, ниже -40 °С (до -55 °С) — не менее F200.

Под морозостойкостью понимается количество циклов заморажи­вания и оттаивания бетона в водонасыщенном состоянии, при достиже­нии которого прочность бетона снижается на 15 %.

Толщина стенки бетона для опор несущей способностью 45, 60 и 80 кН-м должна быть 60, для опор большей несущей способности — 75 мм.

Для армирования опор в качестве предварительно-напряжен­ной рабочей арматуры может использоваться высокопрочная про­волока периодического профиля диаметром 4—5 мм (в ранее вы­пускавшихся опорах СЖБК 2,5—3,0 мм), термоупроченные стержни. Обычная арматура выполняется из горячекатанных стер­жней. Спиральная арматура выполняется из обычной проволоки периодического профиля диаметром не менее 4 мм, кольца — из обычной арматуры диаметром 6 мм.

Основными характеристиками опор являются их несущая способ­ность, характеризуемая величиной изгибающего момента в уровне УОФ до образования поперечных трещин, и деформативность, или жесткость. Деформативность опор как конструкций, определяемая по величине прогиба в уровне контактного провода, является одним из показателей, от которого зависит устойчивость токосъема, и должна составлять: для опор несущей способностью до 79 кН.м — не более 100 мм; выше 79 кН-м — не более 125 мм.

В опорах всех типов должны предусматриваться отверстия: в верхней части — для установки закладных деталей, в нижней — вентиляционные отверстия для уменьшения перепадов температур снаружи и изнутри опоры, выравнивания влажности внутренней полости и исключения конденсации влаги на внутренней поверх­ности опор. Отсутствие вентиляционных отверстий способствует ускоренному образованию в опорах продольных трещин.

В отверстия, расположенные в верхней части опор, закладывают болты, на которых крепят с помощью специальных деталей консо­ли, кронштейны и другие конструкции контактной сети и линии электропередачи. Такое крепление называют креплением на заклад­ных деталях в отличие от крепления на хомутах в обхват опор.

В верхних отверстиях для закладных деталей устанавливают изолирующие элементы для предотвращения прямого контакта арматуры опор с закладными деталями контактной подвески. Для опор контактной сети постоянного тока в верхних отверстиях пре­дусматривают двойную изоляцию. Первый уровень изоляции обес­печивают установкой закладных несъемных втулок в каждое от­верстие до бетонирования опоры, второй уровень — установкой съемных удлиненных втулок в отверстия, где предусмотрены зак­ладные детали для контактной подвески (рис. 8.5). На участках переменного тока в верхних отверстиях опор выполняют одиноч­ную изоляцию: применяют только удлиненные втулки, а заклад­ные втулки не устанавливают.

Изолирующие элементы в опорах контактной сети постоянно­го и переменного тока должны обеспечивать электрическую изо­ляцию закладных деталей от арматуры с сопротивлением не менее 10 000 Ом (при сухой поверхности бетона и закладных деталей).

Электрическое сопротивление измеряют на каждой опоре мегаом­метром М1101 напряжением 500 В по схеме, приведенной на рис. 8.6. В старотипных опорах для измерения может быть использован вы­пуск заземляющей проволоки в вершине опоры, в новых опорах — диагностический проводник.

Ранее в опорах для контактной сети переменного тока зазем­ляющий провод для присоединения отводов к рельсу и консолям закладывали в бетон стоек при их изготовлении. Такая схема за­земления опоры в настоящее время не применяется из-за низкой надежности узлов подключения. Опоры на участках постоянно­го и переменного тока заземляют стальным прутком (спуском) диаметром не менее 12 и 10 мм со­ответственно, который проклады­вается снаружи стоек; пруток дол­жен быть изолирован от бетона стойки специальными прокладка­ми и закреплен хомутами.

В последнее время широкое при­менение получили раздельные желе­зобетонные опоры ССА (рис. 8.7), которые устанавливают на клино­видные фундаменты ФКА.

Технические характеристики опор С, СС, СО, СП, СТ приве­дены в табл. 8.1, а опор ССА — в табл. 8.2.

Узел крепления стойки ССА к фундаменту ФКА показан на рис. 8.8, технические характеристики клино­видных фундаментов ФКА и анке­ров КА приведены в табл. 8.3.

Анкерные опоры (рис. 8.9) образуют из промежуточных опор с добавлением одной или двух металлических оттяжек, закрепляемых на железобетон­ном анкере. Стойки опор дли­ной 13,6 м устанавливают на специальные опорные плиты, воспринимающие вертикаль­ные нагрузки. Оттяжки изго­тавливают из отдельных звень­ев круглого прутка диаметром 20 или 24 мм. В поперечном на­правлении по отношению к пути такие опоры могут вос­принимать нагрузки, обуслов­

ленные несущей способностью опоры, а в продольном направлении вдоль проводов с учетом работы оттяжки нагрузка может быть зна­чительно увеличена и определяется проектом.

Железобетонные анкерные опоры с оттяжками маркируют так же, как и обычные промежуточные. Например, опора со стойкой СКЦ-10-13,6 обозначается СКЦ-10-40-13,6; такая опора рассчита­на на нормативный изгибающий момент перпендикулярно оси пути 100 кН-м, а в плоскости анкеровки — на условный момент 400 кН-м (т.е. сумма изгибающих моментов от натяжения заанкерованных на опоре проводов относительно условного обреза фундамента не должна превышать 400 кН-м).

3. Металлические опоры

В настоящее время на сети железных дорог России находятся в экс­плуатации различные типы металлических опор контактной сети, раз­работанные в различные годы проектными институтами (рис. 8.10).

Стальные опоры и другие конструкции контактной сети проекти­руют и изготавливают с соблюдением требований строительных норм и правил (СНиП). Для их изготовления используют малоуглеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные конструкционные стали. Марку стали выбирают в зависимости от рас­четной отрицательной температуры (зимняя температура воз­духа наиболее холодной пятидневки) и толщины используемого проката.

Для контактной сети и ВЛ ПЭ нетяговых потребителей реко­мендуется на побережье морей и озер и других водохранилищ на расстоянии до 0,5 км, а также на участках с сейсмичностью более 9 баллов применять стальные опоры из низколегированной стали, окрашенные за два раза суриком или равноценным заменителем.

Все стальные конструкции контактной сети и ВЛ распределяют по группам. Конструкции и элементы несущих, поддерживающих и фик­сирующих устройств, изготавливаемые с применением сварки, гнутья или штампования, такие, как опоры, жесткие поперечины, кронштей­ны ВЛ и дополнительных проводов (кроме тяг из круглого прутка), кронштейны анкерных оттяжек, стойки консольные и фиксаторные, стойки-надставки для опор и жестких поперечин, траверсы переход­ных опор, фиксаторы и фиксаторные кронштейны, коромысла анке- ровок, отнесены к группе IV. Группы стальных конструкций, для ко­торых используются металлы, обозначаются классами. В обозначении класса прочности стали: в числителе — временное сопротивление σ_в, в знаменателе — предел текучести σ_т, даН/см². Например, классу С44/29 соответствуют стали с временным сопротивлением σ_в = 44 даН/см² и пределом текучести σ_т = 29 даН/см². Стали класса С38/23 имеют рас­четное сопротивление на растяжение, сжатие и изгиб 2100 даН/см², класса С44/29 — 2600 и С46/33 — 2900 даН/см².

По конструкции металлические опоры контактной сети разделя­ют на сквозные и сплошные. Первые представляют собой простран­ственные фермы, выполняемые обычно из уголков или швеллеров; ко вторым относят опоры, изготовленные из широкополочных дву­тавров или труб большого диаметра (15—25 см). Основным преиму­ществом сквозных конструкций является их меньшая масса, но они более сложны в изготовлении. Опоры сплошной конструкции про­сты в изготовлении, но требуют большего (на 100—250 %>) расхода металла по сравнению с опорами сквозной конструкции.

Форму металлической опоры (пирамидальную, призматическую) выбирают в зависимости от конфигурации эпюры изгибающих мо­ментов. При небольшой разнице между изгибающими моментами в основании и в вершине опоры выбирают призматическую форму. При треугольной эпюре, на которую рассчитывают опоры гибких попе­речин, более целесообразна пирамидальная форма.

Опоры гибких поперечин представляют собой пространствен­ные конструкции в виде четырехгранных ферм пирамидальной формы (рис. 8.11). В углах таких ферм имеются стойки из угло­вой стали. Раскосы 2 решетки соединяют со стойками 1 сваркой. Опоры собирают из трех-четырех поясов, площадь сечения ко­торых уменьшается по мере снижения изгибающего момента.

У каждого стыка 3 устанавливают диафрагмы 4, представляющие собой расположенные накрест два горизонтальных уголка, соединя­ющие все четыре стойки. Наверху опоры имеют жесткую обвязку 5 с отверстиями для крепления поперечных несущих тросов. Внизу опор устраивают основания 6, с помощью которых соединяют опоры с фундаментами. В местах крепления фиксирующих тросов к стойкам приварены специальные распорки.

Для гибких поперечин, перекрывающих до 10 путей, применяют обыч­но опоры высотой 15 м, более 10 путей — высотой 20 м. Стойки (пояса) металлических опор контактной сети выполняют по высоте опоры из

угловой стали различного сечения. Уголки длиной 5 м (размер, крат­ный высоте большинства опор) в пределах одной марки (разъемной части опоры) стыкуют с помощью электросварки без стыковых накла­док. Для обеспечения транспортировки опор длиной 15 и 20 м на одной четырехосной платформе стык двух марок выполняют болтовым.

С целью экономии металла опоры гибких поперечин обычно выполняют направленными (обозначают МН — металлическая направленная), т.е. рассчитывают на приложение нормативной нагрузки только с одной определенной стороны опоры. В этом случае две стойки опоры, которые работают только на растяже­ние, принимают меньшей площади сечения, чем две другие, рабо­тающие на сжатие с продольным изгибом. Это дает экономию ме­талла на стойки в среднем 4—5 % по сравнению с ненаправленными опорами (обозначают просто М). В самых мощных опорах, напри­мер МН-105/20 и МН-150/20 (цифры в числителе обозначают нор­мативный изгибающий момент, тс-м, в основании опоры в плос­кости действия нагрузки, в знаменателе — высоту опоры, м), кроме стоек направленными выполнены также раскосы решетки; это дает дополнительную экономию металла 3—4%. Для менее мощных опор гибких поперечин применение направленной решетки дает сравнительно небольшую экономию металла, которая не оправ­дывается увеличением количества деталей и усложнением изготов­ления. Направленные опоры в сторону пути допускают нагрузку меньшего значения также и в перепендикулярном направлении.

Промежуточные опоры гибких поперечин, допускающие на­грузку в одной плоскости, изготовляют высотой 15 м на норма­тивные изгибающие моменты в основании опоры 350, 450 и 650, а опоры высотой 20 м — на 650, 1050 и 1500 кН-м. Анкерные на­правленные опоры гибких поперечин М 45-25/15 и М 65-25/15 изго­товляют высотой 15 м. Они рассчитаны на действие нагрузок в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в плоскости гибкой поперечины соответственно на 450 и 650 кН-м, в плоскости анке- ровки проводов — на 250 кН-м.

Опоры гибких поперечин используют и в качестве опор питаю­щих и отсасывающих линий, а также опор ВЛ напряжением 6—35 кВ.

Опору М 65–25/15 можно использовать в качестве угловой питающей линии, она допускает нагрузки в двух взаимно перпендикулярных плос­костях на вершине опоры. Для установки двухпутных консолей ранее применялись промежуточные металлические ненаправленные опоры высотой 13 м типов М 10/13 и М15/13 на нормативные изгибающие мо­менты соответственно 100 и 150 кН-м. Такие опоры используют также в качестве промежуточных опор питающих линий, так как они ненап­равленные и не имеют ограничений по высоте приложения нагрузок.

Для установки на станциях в местах, где невозможно расположить железобетонные опоры с оттяжками или необходимо анкеровать бо­лее одной цепной подвески на опору, применяется анкерная металли­ческая самонесущая (без оттяжек) консольная опора высотой 10 м М 10-40/10 типа. Она рассчитана на одновременное действие двух из­гибающих моментов: в плоскости, параллельной оси пути, — 400 кН-м, перпендикулярной оси пути — 100 кН-м. При отсутствии изгибающе­го момента поперек пути изгибающий момент вдоль пути может быть увеличен до 550 кН-м. Опора М 10-40/10 может быть применена в каче­стве угловой питающей линии.

Разработаны принципиально новые конструкции металлических опор контактной сети МД (рис. 8.12, а) из широкополочного дву­тавра и МК (рис. 8.12, б) — коробчатые двухшвеллерные, которые устанавливаются на фундаментах ФКА (рис. 8.13), а также трубча­тые МТП, МТА. Основные технические данные металлических опор МД приведены в табл. 8.4, МК — в табл. 8.5. Клиновидные анкеры КА показаны на рис. 8.14. Основные технические данные фунда­ментов ФКА и клиновидных анкеров КА приведены в табл. 8.5. Узел крепления опоры МК к фундаменту ФКА (аналогичный и для опоры МД) приведен на рис. 8.15.

Во всех опорах база отверстий под анкерные болты — 300 x 500 мм. Высота опор — 10 и 12 м, несущая способность в направлении, пер­пендикулярном оси пути — 60, 80 и 10 кН-м (6, 8 и 10 тс-м). Анкерные опоры имеют ту же конструкцию, что и промежуточные.

Применение раздельной конструкции опор позволяет обеспечить: повышение устойчивости опор в грунте, исключение резонансных явлений в опорах, регулировку угла наклона, оперативную замену при повреждении стойки, повышение уровня защиты от электрокор­розии, увеличение срока службы, минимальные затраты на техничес­кое обслуживание в процессе их эксплуатации.

На опорах предусматривается установка реперных знаков систе­мы взаимного контроля положения пути и контактной подвески.

Длина фундаментов и анкеров составляет 4,5—5,0 м и определяется из условия обеспечения устойчивости опор в различных грунтах. Не­сущая способность фундаментов соответственно 10—12 тс-м. Конст­рукция фундамента и анкера позволяет погружать их в грунт с помо­щью механизированных агрегатов вибропогружения АВФ (АВСЭ).

4. Основные положения расчета и подбора опор

Расчет опор контактной сети включает в себя два этапа:

• разработка типовой конструкции опор, определение их геометрических параметров, несущей способности и условий применения;

• подбор требуемых для электрифицируемых участков типовых опор, исходя из предполагаемых условий эксплуатации (нагрузки, условия обеспечения устойчивости в грунте, климатические и другие условия).

Первый этап решается на уровне научно-исследовательских и предпроектных работ, второй — при проектировании электрифи­цируемой линии.

Расчет конструкций опор контактной сети в соответствии с дей­ствующими нормативными документами должен осуществляться по методу предельного состояния, т.е. состояния, при котором кон­струкция перестает удовлетворять эксплуатационным требовани­ям и разрушается или выходит из строя.

Железобетонные опоры должны рассчитываться по двум груп­пам предельного состояния:

• по несущей способности (прочности или устойчивости);

• по деформациям (жесткости), образованию поперечных тре­щин и предельному их раскрытию.

Задача расчета сводится к обеспечению гарантий для данной конструкции по исключению того или иного ее предельного со­стояния в период эксплуатации. При этом расчет (по предельным состояниям первой группы по несущей способности) является ос­новным и производится для всех железобетонных опор, а по пре­дельным состояниям второй группы (по деформациям) — выпол­няются лишь из-за необходимости обеспечения требуемого прогиба конструкций на уровне подвески контактного провода.

Расчет по этому же предельному состоянию на трещиностой- кость опор выполняется с целью предотвращения образования по­перечных трещин в опорах, исключения возможности возникно­вения коррозии арматуры (особенно высокопрочной) в трещинах, обеспечения высокой жесткости (деформативности) опор.

При расчете конструкций по предельным состояниям вводятся поня­тия нормативной и расчетной нагрузки, нормативного и расчетного сопротивления бетона и арматуры, коэффициентов условий работы.

Под нормативной нагрузкой понимается такая нагрузка, которая соответствует условиям нормативной эксплуатации и называется также эксплуатационной. Она определяется на основании опыта эк­сплуатации, расчетов, метеорологических наблюдений и т.д. Одна­ко нормативная нагрузка в силу ряда обстоятельств может быть превышена. Возможное превышение нормативной нагрузки, ее из­менчивость при расчетах учитывается коэффициентами перегрузки «я». Эти коэффициенты устанавливаются дифференцированно для каждого рода нагрузок. Например, для собственного веса бетона коэффициент перегрузки установлен в размере 1,1; для снеговой нагрузки — 1,4; для гололедных нагрузок — 2,0.

При умножении нормативной нагрузки на коэффициент пере­грузки получается расчетная нагрузка. Превышение расчетных на­грузок при эксплуатации недопустимо.

Расчет опорных конструкций по предельному состоянию первой груп­пы производится на расчетные нагрузки, по предельным состояниям второй группы (деформации и трещиностойкости) — на нормативные.

Механические свойства материалов железобетонных опор характе­ризуются двумя величинами: нормативными и расчетными сопротивле­ниями бетона и арматуры.

За нормативное сопротивление бетона и стали принимается та величина сопротивления, которая проверяется контрольными ис­пытаниями. Расчетные сопротивления бетона и арматуры для пре­дельных состояний первой и второй группы определяются путем деления нормативных сопротивлений на коэффициент надежнос­ти, который учитывает изменчивость свойств материалов. В от­дельных случаях для учета особенностей свойств бетона, длитель­ности действия нагрузок, условий и стадий работы конструкций, размера сечения и т.п. расчетное сопротивление материалов ум­ножается на коэффициенты условий работы.

В общем виде формула для расчета несущей способности изгибае­мых опор:

где М— изгибающий момент;

Ф — функция;

т — вводимые в расчет коэффициенты;

Rб и R_a — расчетные сопротивления бетона и арматуры;

S — геометрические характеристики сечения.

Металлические опоры контактной сети расчитываются так же, как и железобетонные, по двум предельным состояниям: по несущей способ­ности и по деформативности.

При расчете по несущей способности учитываются расчетные на­грузки и расчетные сопротивления стали. Последние определяются путем деления нормативных сопротивлений стали на коэффициенты надежности.

Расчет деформативности опор осуществляется на нормативные на­грузки. При этом расчет должен вестись из условий упругой работы кон­струкции. Формула для расчета прочности:

где М — расчетный изгибающий момент;

W n _min — момент сопротивления сечения;

R_y — расчетное сопротивление стали изгибу по пределу текучести;

Y_e — коэффициент условий работы.

Изменение упругого прогиба консольных опор на уровне кон­тактного провода (без учета поворота фундамента) не должно пре­вышать 65 мм, а упругого прогиба вершины опор гибких попере­чин должно быть не более их высоты.

Выбор опор из имеющихся типовых производят по прочности и по геометрическим размерам (высоте и размерам в плане), приме­нительно к конкретным условиям. Поскольку в маркировке типо­вых опор контактной сети указаны нормативные изгибающие мо­менты М_н, то опоры подбирают по действующим на опоры изгибающим моментам М_ф^н от нормативных нагрузок, подсчитан­ных для заданных условий установки опор, для чего составляют расчетные схемы, на которых показывают нагрузки, действующие на опоры при соответствующих режимах, и все необходимые для проведения расчетов размеры.

Тип стойки консольной железобетонной опоры подбирают срав­нением действующих на нее перпендикулярно оси пути норматив­ных изгибающих моментов по графикам (см. рис. 8.3.). Действую­щие моменты М_ф^н в расчетных сечениях опоры на уровне УОФ и на уровне крепления пяты консоли не должны превышать норматив­ные моменты М^н , т.е. должно выполняться условие Мф < М_н.

Расчетным режимом при подборе консольных и фиксирующих опор может быть:

• ветер наибольшей интенсивности, действующий на провода, свободные от гололеда или изморози;

• наибольшая вертикальная нагрузка с учетом веса гололеда или изморози при одновременном воздействии ветра на провода, по­крытые гололедом или изморозью;

• минимальная температура при отсутствии гололеда и ветра.

Нормативные нагрузки для заданных условий от веса проводов, гололеда на них и воздействия ветра на провода и нагрузки на опору от изменения направления проводов находят по формулам. Поскольку направление ветра мо­жет быть любым, то при подборе опор его принимают таким, при котором изгибающие моменты от ветровых нагрузок на провода и опору в расчетных сечениях получаются наибольшими. Равномерно распределенные нагрузки от веса консоли и кронштейна обычно за­меняют сосредоточенными нагрузками, приложенными соответствен­но в середине горизонтальной проекции консоли или кронштейна.

Нагрузку от давления ветра на опоры СКЦ и СКЦ_о считают приложенной в точке, находящейся на расстоянии S высоты опо­ры от УОФ: h_оп = 0,5 - 9,6 = 4,8 м, и находят по формуле

где с_х — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;

v — расчетная скорость ветра, м/с;

S_оп — площадь диаметрального сечения опоры, м², для опор СКЦ, СКЦ_о S_оп = (0,29 + 0,43) - 9,6 : 2 = 3,46 м².

Изгибающий момент в основании железобетонной опоры (на уровне УОФ) от давления ветра на опору

Подставляя соответствующие значения входящих в нее величин, получают

Расчетным режимом для подбора опор гибких поперечин, как пра­вило, является режим гололеда с ветром, при котором поперечный несущий трос имеет наибольшее натяжение. Расчетным сечением всегда является основание опоры. Опоры гибких поперечин под­бирают по изгибающим моментам относительно основания опо­ры от горизонтальных составляющих натяжений поперечного не­сущего троса Н_п, верхнего Н_{ф в} и нижнего Н_{ф н} фиксирующих тросов и нагрузки от давления ветра на опору Р_оп по формуле

При подборе опор гибких поперечин считают, что нагрузка от поперечного несущего троса приложена на вершине опоры h_п = 15 м или h_п = 20 м (для опор соответственно высотой 15 и 20 м); от верхне­го фиксирующего троса — в точке на высоте h_{ф в} = 9,9 м; от нижнего фиксирующего троса — на высоте h_{ф н} = 7,4 м или h_{ф н} = 7,5 м (для опор высотой 20 м); от давления ветра на опору — на высо