摘要：软横跨计算是电气化接触网施工中的一项关键技术，本文结合常用办公软件，通过采用Excel进行软横跨计算，并采用AutoCAD软件进行计算结果模拟，可以有效解决软横跨计算工作量大、过程复杂、精度要求高等多方面技术难题，极大的提高了计算精度和效率。
电气化接触网施工中常用的计算有腕臂装配计算、吊弦计算、软横跨计算,其中软横跨计算作为接触网计算中的一项关键技术，计算方式多样且最为复杂。目前软横跨计算主要是通过手工计算或者专门开发的计算软件程序计算，但由于软横跨计算的复杂性和多变性 ,这两种方法也存在很多弊病。通过大量的实践应用，采用办公软件进行软横跨计算模拟，可以较好的解决相关计算通病。
一、采用办公软件进行软横跨计算及模拟的优点分析
使用Excel办公软件进行计算，与传统的手工计算相比，一是可以减少工作量，提高效率；二是可以避免人为计算错误或精度不准导致的大量返工和调整量大的问题。与专业计算软件相比，一是不需要找软件开发商或设计院进行软件开发，节约成本；二是修改相关数据及公式时，只需要修改相应的Excel函数及链接即可，避免了繁琐的编程修改；三是计算过程及模拟更加直观明了，通过办公软件的计算，更易于计算者对软横跨计算参数及公式的掌握。
同时，利用Excel计算完毕后，再使用AutoCAD进行软横跨计算的模拟，可以验证计算结果正确性，避免软横跨计算错误导致的返工、材料浪费、工期延误等现场施工难题。
二、采用Excel进行软横跨计算的应用
采用Excel进行软横跨计算时，主要将工作薄分为以下三个区域：
1、数值输入区
该区域主要输入支柱高度、侧面限界、设计拉出值、 跨距、导线分摊重量、横承力索及上下部固定绳高度等测量数据。为保证计算精度，拉出值、轨面高差、支柱斜率等长度单位必须统一按mm计量。横承力索悬挂点水平距离以线路侧为基准点起算，上下部固定绳悬挂点水平距离以田野侧为基准点起算。
输入拉出值时，从左到右依次输入，均以左侧支柱为参照，取靠近左侧支柱的拉出值为正值，远离左侧支柱为负值。特别注意此处的正负值是针对本次计算需要而定，不同于严格意义上的接触网拉出值的正负概念。对于数据输入区，为便于操作，可以将同类型的数据单元格填充相同的颜色，便于数据区分和输入。
测量数据区示例：
2、数据库区
为能够适应更多不同铁路项目的计算，需要在Excel中新建一个工作薄，作为软横跨数据库。在该区域中，可将接触网的常用线材参数、支柱参数、节点参数等常规数据输入保存。同时，可以根据接触网材料的更替变化，随时补充更新数据库，在进行相应线路的软横跨计算时，可以通过链接关系，直接调用数据库内的任何参数，便于使用。
3、计算区
该区域为接触网软横跨计算的核心区域，在计算区中，软横跨的相关参数采用通用符号代表特定的参数，例如采用f1和f2特指横向承力索驰度。软横跨常用参数的代表符号示例如下：
计算区的原理是采用软横跨通用计算公式，将相关参数通过Excel函数公式进行链接。主要计算横向承力索驰度f1、f2,相邻悬挂点间水平距离ai,悬挂点的垂直负载Qi,悬挂支柱反力FA和FB,悬挂重量对横向承力索悬挂点的力矩和M1与M2,支柱横承出线位置至最低点水平距离L1和L2, 横向承力索水平张力T及分界力Y,相邻悬挂点高差 ki。计算过程中，我们将繁琐的计算公式总结成下表进行文字表述。在计算区编制Excel函数公式时，将相应的参数按照链接说明进行相应链接，便可求得相应的结果值。
计算时，需对软横跨最低点进行验证：
求出分界力Y后，利用Y值的正、负来判定最低点的假设是否正确。
当0≤Y≤QK时，则原假设正确；
若Y<0，则说明最低点应向左移（需要重新验算）；
若Y>QK，则说明最低点应向右移（需要重新验算）；
若Y=0，则有两个最低点，假设点和其左边点；
若Y=QK，则有两个最低点，假设点和其右边点。
三、采用AutoCAD进行软横跨模拟的应用
通过Excel可以精确的计算出软横跨各尺寸具体参数，为确保计算结果的准确性，可采用AutoCAD模拟验证计算结果是否正确，计算正确则AutoCAD绘制的线条最终闭合，计算错误则线条无法闭合。因此，Excel计算过程中任何环节出现问题导致的结果有误都将通过AutoCAD的模拟而被及时发现。在进行AutoCAD模拟时，可以采用1:1的比例尺在AutoCAD中绘制软横跨所有尺寸参数，不需进行比例尺换算，可以更直接的进行验证计算结果及量取相关有价值的参数。
1、模拟软横跨支柱
首先，依据支柱构造图，将软横跨两侧支柱在AutoCAD上绘制出，两支柱横向间距为现场测量数值。支柱模拟的关键点在于模拟出支柱斜率，此处需将现场斜率尺测量数值转化为角度数值。以车站G550/20型格构式钢柱为例，支柱自身斜率为每米3cm，斜率尺测得后沿斜率为每米1.421cm，则需在图上向左旋转量为3-1.421=1.579cm。利用电脑计算反三角函数，arctag1.579=0.9046度,则在图上以支柱中心线和下沿交叉线为基准将钢柱向左旋转0.9046度即可模拟出支柱倾斜结果。右侧支柱同理，但由于角度向右旋转，计算出角度后AutoCAD模拟时角度前面需加负号。
2、模拟软横跨横承最低点水平线
模拟时先通过支柱轨面标高位置向上平移，模拟出上部固定绳位置，然后上部固定绳水平线再向上平移500mm(最短直吊索长度），即可得到软横跨横承最低点的水平线。
3、模拟横承力索各分段长度及总长
通过AutoCAD的偏移功能，首先将钢柱顶部边线向下偏移70mm作一平行线，该平行线与钢柱内侧边沿线交点即为左侧横承在钢柱上的悬挂点A。然后通过该悬挂点作一条铅垂线，再次通过AutoCAD偏移命令，依次将该铅垂线向右偏移a1长度、a1+a2长度、a1+a2+a3长度。。。一直累加偏移至右侧支柱。此时，模拟出来的水平方向上的分割长度，即为相邻悬挂点的水平距离ai。
通过横承悬挂点A作一条水平线，使用AutoCAD偏移命令，将该水平线分别向下偏移k1长度，k1+k2长度。。。一直累加偏移到横承最低点水平线位置 ，模拟出来的纵向位置上的分割长度，即为相邻悬挂点高差ki。
将相邻悬挂点水平距离ai与相邻悬挂点高差ki分别作为直角三角形的两条直角边，然后从左侧向右侧依次对该三角形作一条斜边线将三角形封闭，则所作的斜边线为横承力索的分段长度bi，各分段长度全部做完后，即构成整个横承。若最终所有三角形的斜边分段长度及总长与Excel计算的分段长度和总长度一致，则计算无误，可以按照此长度进行预配及安装施工。若模拟长度与Excel 计算长度不一致，则说明计算结果有误，必须重新检查核对，直到AutoCAD模拟与Excel计算结果一致，才能进行预配及安装施工。
横承力索分段长度模拟示例:（纵向线分割各段长度为ai,水平线分割各段长度为高差ki, 三角形斜边为横承分段长度bi。图示：加黑部分为横承力索分段最终模拟闭合无误，其他细线为模拟过程中采用的辅助线及尺寸标注线。）
4、模拟软横跨上下部固定绳
上部固定绳及下部固定绳的模拟则相对简单，只需将轨面标高线向上偏移相应的安装高度，即可得出一条水平线，该水平线与左侧支柱及右侧支柱外沿交点即为固定绳悬挂点，两悬挂点间的距离即为固定绳总长。将总长度与计算长度进行复核，长度一致则计算无误，可以进行预配安装。
结论：在昆明枢纽、渝利枢纽、大准线站场软横跨施工中，大量采用以上软横跨计算及模拟技术，软横跨计算结果精准，完全克服了手工计算及专业软件计算的相关通病。采用该方法在既有线及新线软横跨安装施工中均能达到一次安装调整到位的理想效果，极大的提高了施工效率，保障了施工安全质量。
参考文献:
[1] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2012.
[2] 王志强.牵引供电系统接触网的 RAMS 评估[D].成都：西南交通大，2013.
[3]于小四.电气化铁道接触网实用技术指南[M].北京:中国铁道出版社,2009.
论文作者:王志
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
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