接触网负载计算（风/冰/自重）

接触网负载计算（风/冰/自重）
OCS Load Calculation (Wind, Ice, Dead Weight)
所属分类	基础理论 > 设计与计算
常见型号	垂直负载（自重/覆冰）、水平负载（风）、合成负载三类计算模型
执行标准	TB 10009-2016、TB 10621-2014、EN 50119:2020
适用场景	接触网设计荷载组合、线索强度校核、支柱与基础负载计算
接触网负载计算（风/冰/自重）示意图

概述

接触网负载计算是确定线索、支持装置、支柱与基础所受外力的基础性设计工作，核心是把接触网在寿命周期内可能遭遇的三类基本负载——自重负载、覆冰负载、风负载——转化为可叠加、可组合的工程荷载，并按最不利组合工况校核线索强度、弛度、偏移与结构承载能力（依据 TB 10009-2016）。负载计算处在设计流程的最上游：先有负载，才有张力—弛度计算（见张力与弛度计算）、锚段长度设计（见锚段长度设计）与支柱容量选型。负载取值偏大则结构保守、造价上升；取值偏小则极端天气下存在断线、倒杆风险，因此负载计算的本质是"气象条件—结构安全—工程造价"三者的平衡。

结构与组成

接触网负载体系按作用方向与性质分为三类基本负载与两类附加负载：

自重负载（垂直）：接触线、承力索、吊弦、附加导线及金具的单位长度重量，由线材截面积与材料密度决定，是常年持续作用的恒载。
覆冰负载（垂直）：冰冻气象条件下线索表面覆冰产生的附加重量，与覆冰厚度、线索直径正相关，是季节性出现的可变荷载。
风负载（水平）：风压作用于线索迎风面产生的水平均布荷载，与风速平方、线索受风直径（含覆冰后增大的直径）正相关。
附加负载：安装检修荷载（挂梯、作业人员重量）、断线事故荷载（一侧张力突然释放造成的不平衡张力），属偶然荷载。
组合工况：设计时按"最大风""覆冰""最低气温""安装检修"等若干最不利工况分别组合验算，而非所有负载简单相加。

工作原理

负载计算的力学前提是"均布柔索"假设：把接触线、承力索视为沿跨距承受均布荷载的柔性线索，荷载集度（N/m）是全部计算的输入量。自重集度由线材单位重量直接给出；覆冰按圆筒形冰壳套在线索外表面的几何模型换算为附加重量；风压先由基本风压公式换算为单位面积压力，再乘以线索受风直径与体型系数得到水平集度。垂直集度与水平集度按矢量合成得到合成集度，合成集度才是进入张力—弛度方程的真正荷载项。覆冰与大风通常不同时出现最大值，因此设计规范规定覆冰工况的风速取降低值、最大风工况不考虑覆冰，这种"不同时组合"原则是负载计算最重要的工程约定（依据 TB 10009-2016）。

技术参数

1. 基本风压公式（工程简化式）：

$p_{w}={\frac {v^{2}}{1.6}}$

式中 $p_{w}$ 为基本风压（Pa）， $v$ 为设计风速（m/s）。该式系数源于空气密度取标准值时的简化，具体系数取值。

2. 线索单位长度风负载：

$W_{v}=p_{w}\cdot d\cdot \alpha \times 10^{-3}$

式中 $W_{v}$ 为单位长度风荷载（N/m）， $d$ 为线索受风直径（m，覆冰工况取覆冰后外径）， $\alpha$ 为风载体型系数（单圆截面线索通常取 1.0~1.2）。

3. 覆冰负载集度：

$q_{b}=0.9\,\pi \,\gamma \,b\,(d+b)\times 10^{-3}$

式中 $q_{b}$ 为单位长度覆冰重量（N/m）， $\gamma$ 为覆冰密度（通常按 0.9 g/cm³ 计）， $b$ 为覆冰厚度（mm）， $d$ 为线索直径（mm）。系数 0.9 的出处。

4. 合成负载集度（垂直、水平矢量合成）：

$q={\sqrt {(q_{0}+q_{b})^{2}+W_{v}^{2}}}$

式中 $q_{0}$ 为线索自重集度（N/m）。合成集度 $q$ 代入弛度公式 $f=qL^{2}/(8T)$ 即得最不利工况下的弛度与偏移。

负载项目	典型取值	依据
设计风速（最大风工况）	30~40 m/s	TB 10009-2016
覆冰工况风速	10~15 m/s（降值组合）	TB 10009-2016
覆冰厚度	5~15 mm	TB 10009-2016
覆冰密度	0.9 g/cm³	TB 10009-2016
CTMH-120 接触线自重	约 1.08 kg/m	TB/T 2809-2017
安装检修附加荷载	按作业工况单点集中力计	TB 10009-2016

接触网负载计算（风/冰/自重）示意图 — 自重、风载、冰载与安装检修附加荷载的组合加载示意

常见型号

不适用。本页为设计计算方法条目，无产品型号谱系；但负载计算的输入随线材型号而变，工程上常按线材组合给出"负载计算输入表"：

简单悬挂：单接触线（如 CTMH-120），负载计算只考虑单线自重+覆冰+风，承力索项为零。
链形悬挂：接触线+承力索（如 CTMH-150 + JTMH120），垂直负载为两者之和，风负载按各自受风直径分别计算后叠加到承力索。
附加导线区段：供电线、加强线、回流线同杆架设时，其风/冰负载计入支柱负载计算，不进弛度方程。
刚性悬挂：汇流排+接触线整体受弯，覆冰一般不考虑（隧道内），风负载折算到定位点集中力（见隧道内接触网设计）。

执行标准

TB 10009-2016《铁路电力牵引供电设计规范》——规定气象区划、设计风速、覆冰厚度取值与最不利工况组合原则。
TB 10621-2014《高速铁路设计规范》——高速铁路段负载取值与组合工况的高速化补充要求。
TB/T 2809-2017《电气化铁路用铜及铜合金接触线》——接触线单位重量、截面积等自重计算输入。（2026-09-01 起 TB/T 2809-2026 代替，见 2809 卡）
TB/T 3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》——承力索与附加导线自重计算输入。
EN 50119:2020 电力牵引架空接触网——风/冰荷载取值与组合的国际对照体系。

安装与施工

负载计算本身属设计阶段工作，但其结论直接转化为施工控制点：

放线张力：按设计张力放线，放线张力实质是"设计负载条件下的张力反演值"，放线温度偏离设计基准温度时须按张力—温度曲线修正。
支柱负载复核：支柱组立前核对基础顶面荷载（弯矩、水平力）与负载计算书一致；附加导线同杆架设时不得漏算其风荷载。
覆冰区段专项检查：冰冻区段施工时应核对除冰装置预留条件与线索覆冰后的最小对地距离。
防风拉线：风口区段按负载计算结果设置支柱防风拉线或定位防风支撑（见拉线）。
竣工复核：通车前以实测线索单位重量与张力反算实际负载集度，与设计输入比对。

验收要求

负载计算书作为设计文件组成部分随竣工资料移交，计算输入（风速、覆冰厚度、线材单位重量）须有出处。
强度校核：最不利工况下线索最大张力不超过线材拉断力除以安全系数所得的许用张力，安全系数取值。
支柱与基础：最大风工况下支柱挠度与基础倾覆稳定满足验收标准（依据 TB 10758-2018，普速对应 TB 10421）。
冰区段：覆冰工况弛度校核满足受电弓动态包络要求，最低温度工况补偿装置不触底、不顶死（见锚段长度设计）。

运维与检测

气象台账：建立区段历年最大风速、覆冰厚度台账，与设计取值对比，超出设计值时启动专项评估。
覆冰监测：冰期对重点区段人工观测覆冰厚度，必要时结合 C4 悬挂状态检测图像判读覆冰形态。
大风预警：风速接近设计值时按应急处置流程实施限速或停运。
负载反演：通过 C1/C2 检测的张力、弛度实测数据反演实际负载状态，识别线索附加异物（覆冰、鸟巢、悬挂物）造成的异常增载。
季节性复查：按季节性检查要求，在风季、冰季前完成负载相关专项复查。

常见故障与案例

覆冰过载跳闸：覆冰厚度超设计取值，线索弛度剧增、绝缘间隙减小引发闪络，详见接触网覆冰跳闸抢修。
覆冰断线：极端覆冰使线索合成张力超过许用值而拉断，详见接触线断线（机械）。
风负载超限偏移：风口区段瞬时大风使接触线水平偏移超过拉出值裕度，引发弓网刮碰风险，关联拉出值与之字值设计的风偏校核。
异物附加荷载：塑料布、风筝等异物搭挂造成局部集中荷载与绝缘间隙不足，详见异物搭挂接触网致受电弓刮碰跳闸。