Spécification de Dimensionnement Des Supports [PDF]

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SPECIFICATION DE DIMENSIONNEMENT DES SUPPORTS CATENAIRE POUR L’ELECTRIFICATION DE THENIA TIZIOUZOU

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SOMMAIRE SPECIFICATION DE DIMENSIONNEMENT DES SUPPORTS CATENAIRE POUR L’ELECTRIFICATION DE THENIA TIZI-OUZOUSOMMAIRE ......................................... 1 SOMMAIRE .............................................................................................................................. 2 I - INTRODUCTION ................................................................................................................. 4 II - REFERENCES ..................................................................................................................... 4 III - HYPOTHESES ................................................................................................................... 4 1.CONVENTION DE SIGNE................................................................................................ 5 2.ELEMENTS CARACTERISTIQUES ................................................................................ 5 2.1.CATENAIRE REGULARISEE ................................................................................... 5 3.CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TYPE « H » ............................................. 6 IV - PRINCIPES GENERAUX DE DETERMINATION DES EFFORTS .............................. 7 1.CAS D’UNE COURBE DE RAYON R ............................................................................. 7 2.ANCRAGE D’UN CONDUCTEUR .................................................................................. 7 V - DEFINITION DES DIFFERENTS TYPES DE CHARGES .............................................. 8 1.CHARGES PERMANENTES ............................................................................................ 8 2.CHARGES VARIABLES ................................................................................................... 8 VI - EFFET DU VENT-CHARGES .......................................................................................... 8 1.PRESSION DYNAMIQUE DE BASE ............................................................................... 8 2.MODIFICATION DE LA PRESSIONS DYNAMIQUE DE BASE.................................. 9 2.1.EFFET DE LA HAUTEUR AU DESSUS DU SOL ................................................... 9 2.2.EFFET DE SITE .......................................................................................................... 9 2.3.EFFET DE MASQUE .................................................................................................. 9 2.4.EFFET DES DIMENSIONS ........................................................................................ 9 3.COEFFICIENT DE TRAINEE ET PRESSION DYNAMIQUE DU VENT: .................... 9 3.1.CONDUCTEURS ........................................................................................................ 9 3.2.Supports caténaire ...................................................................................................... 11 VII - VERIFICATION DES SUPPORTS ................................................................................ 12 1.CRITERES A VERIFIER ................................................................................................. 12 1.1.CRITERE SUR LA CONTRAINTE.......................................................................... 12 1.2.CRITERE SUR LA FLECHE AU NIVEAU DU FIL DE CONTACT ..................... 12 1.3.CRITERE EN FLECHE AU SOMMET DU SUPPORT........................................... 12 1.4.CRITERE SUR LE VRILLAGE................................................................................ 12 2.CALCUL DES CONTRAINTES ...................................................................................... 12 2.1.CONTRAINTE DUE AU POIDS DU SUPPORT ET AU VENT DU SUPPORT ... 13 2.2.CONTRAINTE DUE AUX MOMENTS ORTHOGONAUX AUX VOIES ............ 14 2.3.CONTRAINTE DUE AUX MOMENTS PARALLELES AUX VOIES .................. 15 2.4.CONTRAINTE DUE AUX EFFORTS DE COMPRESSION .................................. 15 2.5.CONTRAINTE TOTALE .......................................................................................... 16

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3.CALCUL DES FLECHES AU SOMMET ....................................................................... 17 4.CALCUL DE L’ANGLE DE VRILLAGE SUR LES POUTRELLES DE TYPE « H » . 18 VIII. CARACTERISTIQUES DE L’EQUIPEMENT CATENAIRE...................................... 20 1. Description du support caténaire type .............................................................................. 20 2 Intégration des secousses sismiques dans les calculs ........................................................ 21 IX. TABLEAU D’AFFECTATION DES SUPPORTS ........................................................... 22 X. AFFECTATION DES PLATINES ET DES SCELLEMENTS.......................................... 22 ANNEXE 1 .............................................................................................................................. 23 ANNEXE 2 .............................................................................................................................. 24 ANNEXE 3 .............................................................................................................................. 25

3

I - INTRODUCTION La caténaire retenue pour le projet de modernisation de la ligne THENIA – TIZI-OUZOU est une caténaire régularisée, pour laquelle les tensions du fil de contact et du porteur sont à 12kN. L’objet de cette spécification est de présenter la méthode de dimensionnement des supports caténaire, avec les hypothèses prises en considération, en accord avec l’arrêté interministériel du 17 mai 2001 et les règles « Neige et Vent 99 version 2003 ». Celle-ci nous permet par la suite, de réaliser des tableaux d’affectation de supports et massifs pour différentes configurations de montages : voie courante, axe d’anticheminement, ancrage d’anticheminement, axe d’équipement tendeur, intermédiaire d’équipement tendeur, ancrage d’équipement tendeur, axe de sectionnement, intermédiaire de sectionnement et ancrage de sectionnement.

II - REFERENCES Neige et Vent 99 version 2003

Règles définissant les effets de la neige et du vent sur les constructions Calcul des structures métalliques

Arrêté Technique du 17 Mai 2001

III - HYPOTHESES • La

présente note de calculs a pour objet de définir : - Les données d’entrées nécessaires aux calculs - Les hypothèses de calculs - Les méthodes de calculs

•

Un effort ou un moment est dit perpendiculaire lorsque celui-ci s’applique dans une direction perpendiculaire à la voie.

•

Un effort ou un moment est dit parallèle lorsque celui-ci s’applique dans une direction parallèle à la voie.

•

On ne retient ensuite que les cas les plus défavorables pour le calcul des contraintes, alors que la flèche au sommet du support est toujours calculée en condition normale d’utilisation (+35°C sans vent).

• Les

calculs seront effectués dans les deux cas (Hiver – Eté) afin de vérifier et déterminer la condition climatique la plus défavorable. Les deux hypothèses climatiques en températures extrêmes à prendre en compte pour les calculs sont : +80°C et -10°C (Arrêté Technique du 17 mai 2001 Article 13).

4

•

Les calculs de contraintes sont effectués en condition été ou hiver en prenant en compte pour chaque cas l’influence du vent dans le sens ┴ ou // .

•

Pour les poteaux présentant des équipements particuliers, l’influence de ceux-ci seront pris en compte dans le calcul des descentes de charges (Appareillages type Isolateurs de section, sectionneurs, panneaux, etc …)

•

L’élaboration des calculs s’effectue en respectant toujours une convention de signe homogène d’un poteau à l’autre. Les conventions de signe sont définies en fonction de la position des voies et du sens kilométrique croissant des plans de piquetages de la ligne (voir paragraphe suivant…)

1.CONVENTION DE SIGNE • •

Moment positif vers la voie Moment négatif vers le champs

2.ELEMENTS CARACTERISTIQUES 2.1.CATENAIRE REGULARISEE La Caténaire régularisée a les caractéristiques suivantes : - Fil de contact +1/2 pendule Poids unitaire Section Diamètre apparent Coefficient de dilatation linéique

P S φ α

0.932 107 12.24 17.10

Coefficient d’expansion

λ

83.10

mm²/daN

Tension permanente

TO

1200

daN

Poids unitaire Section Diamètre apparent Coefficient de dilatation linéique

P S φ α

0.625 65.38 4.56

DaN/m mm² mm

17.10

Coefficient d’expansion

λ

118.10

mm²/daN

Tension permanente

TO

1200

daN

-6

-6

DaN/m mm² mm °C

-1

- Porteur +1/2 pendule

-6

-6

5

°C

-1

3.CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TYPE « H » Les supports de type H sont en acier S235JR suivant NF EN 10025 (σe = 23,5 daN/mm², σm = 40,0 daN/mm², E = 20500 daN/mm²). Les dimensions (NF A 45-201 & EN 10034) des poteaux H utilisables (liste non exhaustive suivant optimisation des calculs au cas par cas) sont les suivantes :

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IV - PRINCIPES GENERAUX DE DETERMINATION DES EFFORTS

1.CAS D’UNE COURBE DE RAYON R

2.ANCRAGE D’UN CONDUCTEUR

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V - DEFINITION DES DIFFERENTS TYPES DE CHARGES 1.CHARGES PERMANENTES Les charges permanentes sont les forces et les moments agissant sur la structure et qui d’une façon générale ne varient pas en fonction des facteurs extérieurs (vent et température). Les charges permanentes verticales sont les charges dues au poids des composants du poteau, des équipements et des câbles provenant des deux portées adjacentes. Elles sont également dues aux câbles ancrés. Les charges permanentes radiales et perpendiculaires à la voie sont les charges généralement dues au désaxement des câbles, à la courbure, au dévers de la voie et à l’implantation du poteau pour les câbles ancrés. Les charges permanentes longitudinales sont principalement dues à la LAC ancrée avec ou sans hauban.

2.CHARGES VARIABLES Les charges variables sont définies comme les forces et les moments agissant sur la structure dont la valeur varie en fonction de la température et du vent. Les charges variables horizontales sont les charges dues au vent s’exerçant sur des câbles non régularisés, le poteau et les différents équipements. Elles sont également dues aux surtensions apparaissant dans les câbles non régularisés du fait des changements de température. Les charges variables verticales sont les charges dues aux surtensions apparaissant dans les câbles ancrés haubanés et non régularisés.

VI - EFFET DU VENT-CHARGES Les règles prises en compte sont celles des « Neige et Vent 99 version 2003 » .

1.PRESSION DYNAMIQUE DE BASE La pression dynamique extrême est calculée avec la vitesse maximale du vent de 29 m/s

51,6

Cette pression dynamique extrême est considérée : - à une hauteur de 10m au dessus du sol, - pour un site normal, - sans effet de masque, - sur un élément dont la plus grande dimension est égale à 0.5m.

8

2.MODIFICATION DE LA PRESSIONS DYNAMIQUE DE BASE 2.1.EFFET DE LA HAUTEUR AU DESSUS DU SOL On adopte une pression constante entre 0 et 10 m égale à celle régnant à 10 m.

2.2.EFFET DE SITE Les pressions dynamiques de base doivent être multiplié par un coefficient de site ks dépendant de la nature du site d’implantation. On adopte ks=1, correspondant à un site normal, pour la totalité de la ligne à l’exception des viaducs où l’on adopte ks=1.35, correspondant à un site exposé. Au regard de la ligne, on ne considère que ks=1.

2.3.EFFET DE MASQUE Il y a effet de masque éventuel de part la présence de bâtiments adjacents aux éléments étudiés. Au regard de la situation géographique du site, on ne considère pas cet effet.

2.4.EFFET DES DIMENSIONS On ne considère pas cet effet. On prend un coefficient de réduction égal à 1. Le rapport des pressions de vent de +80°C à –10°C est de 4 pour de s surfaces planes tels que les poteaux et cornières , de 3.17 pour les conducteurs, et de 4.2 pour les tubes des armements (Arrêté Technique du 17/05/01).

3.COEFFICIENT DE TRAINEE ET PRESSION DYNAMIQUE DU VENT: 3.1.CONDUCTEURS a - fils de contacts + ½ pendules Ct = 1.85 (influence des pendules et du fil de contact) La pression du vent perpendiculaire aux conducteurs à considérer est alors: • 46.6 • 147

daN/m² à -10°C

daN/m² à +80°C

Surface apparente de 1 fils de contacts + ½ pendules par ml =0,0078m²/ml donne : • 0.364

daN/ml à -10°C

• 1.147

daN/ml à +80°C

9

b - Porteur et ½ pendules

C = 1.25 t

La pression du vent perpendiculaire aux tubes à considérer est : • 31.45

daN/m² à -10°C

• 99.375

daN/m² à +80°C

Surface apparente de 1 porteur+ ½ pendule par ml =0.0101m²/ml donne : • 0.317

daN/ml à -10°C

• 1.003

daN/ml à +80°C

c - câbles torsadés seuls

Ct = 1.20 La pression du vent perpendiculaire aux conducteurs à considérer est alors: • 30.1

daN/m² à -10°C

• 95.4

daN/m² à +80°C

Surface apparente de 1 feeders : 1 x 0.0205=0.0205m²/ml câbles donne : • 0.616

daN/ml [1 feeders] à -10°C

• 1.956

daN/ml [1 feeders] à +80°C

Surface apparente de 1 câble de protection aérien : 1 x 0.0205=0.0205m²/ml câbles donne : • 0.616

daN/ml à -10°C

• 1.956

daN/ml [3 feeders] à +80°C

d - Tubes des armements (console, antibalançant, hauban, isolateur) Ct = 1.00 La pression du vent perpendiculaire aux tubes à considérer est :

10

• 19.87 • 79.5

daN/m² à -10°C

daN/m² à +80°C

Surface apparente totale : 0.060 x 0.814+0.049 x 5.75+0.0384 x 1.346+0.0284 x 1.831=0.428m²/armement complet donne : • 8.51

daN/ armement complet à -10°C

• 34.026

daN/ armement complet à +80°C

poids total : 60daN/ armement complet.

3.2.Supports caténaire e : Maître couple : e ≈ 0.2 m² q : Pression dynamique H : Hauteur du support : H≈10 m Ct : Coefficient de traînée ⊥ : Ct = 1.14 CN : Coefficient de traînée // : CN =0.93 λ : Rapport des dimensions hauteur / maître couple λ= H / e = 50 γ : Coefficient dynamique => γ =1.56 d’où la pression du vent à considérer sur les poteaux types H est : •à

-10°C,

Vent // à la voie : 125 / 4 = 31.25 daN/m² Vent ⊥ à la voie : 141 / 4 = 35.25 daN/m²

•à

+35°C,

Vent // à la voie : 0.93 x 1.56 x 79 .5 = 125 daN/m² Vent ⊥ à la voie : 1.14 x 1.56 x 79.5 = 141 daN/m²

Pression du vent (daN/m²) coefficient aérodynamique (γ) en // type de support

en //

en ⊥

H

1.56

1.56

à +80°C 125

en ⊥ à -10°C 31.25

à +80°C 141

à -10°C 35.25

La pression de vent à considérer est de 1410 Pa, pour comparaison l’arrêté interministériel du 17 mai 2001 fixe une pression sur surface plane de 1200 Pa. Les échantillons de poteaux seront de ce fait assez important. Après calculs il s’avère que les supports de voie courante seront des HEA260 et non HEA220 comme l’indique la note de « DE-Consult ». Nous verrons plus loin dans le rapport qu’a ce vent vient s’ajouter la flèche du support à hauteur de FC qui est importante du fait des feeders et CdPA.

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VII - VERIFICATION DES SUPPORTS 1.CRITERES A VERIFIER 1.1.CRITERE SUR LA CONTRAINTE Re : Limite élastique Rm : Limite maximale admissible Σ : Contrainte à l’encastrement du support • Re

≤ 1.8 × σ (AT du 02/04/91, ch. III, art.13)

• Rm

≤ 3 × σ (AT du 02/04/91, ch. III, art.13)

1.2.CRITERE SUR LA FLECHE AU NIVEAU DU FIL DE CONTACT La valeur de la flèche, sens ┴ , au niveau du fil de contact, pour des charges permanentes et variables, ne devra pas être supérieure à 5.5cm . fl : Flèche admissible au niveau de fil de contact sous effort de travail fl : ≤ 5.5cm

1.3.CRITERE EN FLECHE AU SOMMET DU SUPPORT

1.4.CRITERE SUR LE VRILLAGE ω : Angle de rotation (rad.) dû au phénomène de torsion éventuel sur les structures de type « H » par exemple : ω < 0,1 radian en configuration définitive ( = 5,7 degrés) ω < 0,2 radian en phase provisoire ( = 11.46 degrés)

2.CALCUL DES CONTRAINTES Les efforts issus des consoles, rappels, ancrages..., sont décomposés en 3 dimensions (x, y et z). Les contraintes sont calculées en conditions été et hiver, avec vent ⊥ ou //, au niveau de la section d’encastrement des supports.

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2.1.CONTRAINTE DUE AU POIDS DU SUPPORT ET AU VENT DU SUPPORT

13

2.2.CONTRAINTE DUE AUX MOMENTS ORTHOGONAUX AUX VOIES

14

2.3.CONTRAINTE DUE AUX MOMENTS PARALLELES AUX VOIES

2.4.CONTRAINTE DUE AUX EFFORTS DE COMPRESSION

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2.5.CONTRAINTE TOTALE Pour les types de sollicitations des supports, les différentes contraintes s’additionnent dans la fibre la plus éloignées de la fibre neutre. La contrainte totale est donc:

dans le cas de charge considérée (Vent ⊥ ou Vent //, et à +80°C ou -10°C)

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3.CALCUL DES FLECHES AU SOMMET

Les flèches au sommet, sous l’effet des efforts permanents et variables, permettent de déterminer les contre-flèches de pose des supports. Ces contre-flèches sont affectées du signe plus lorsqu’elles doivent être mise côté champs et du signe moins lorsqu’elles doivent être mise côté voies et sont arrondies à des valeurs multiples de 3 cm suivant le tableau cidessous :

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4.CALCUL DE L’ANGLE DE VRILLAGE SUR LES POUTRELLES DE TYPE « H » Certains équipements particuliers peuvent engendrer des moments tournants autour de l’axe vertical / longitudinal des poutrelles. Sous l’influence de ce couple, les poutrelles tournent d’un angle ω :

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VIII. CARACTERISTIQUES DE L’EQUIPEMENT CATENAIRE

1. Description du support caténaire type

0,15

5,50

CdPA : 6,55

8,95

9,75

0,50

1,25

0,65

1,40

0,58

Dans le projet de modernisation de la ligne de Thénia à Tizi-Ouzou, la caténaire se présente comme sur la figure suivante.

5.30

0.000

0.000

0,80

0,80

2.20 2.80

Schéma type du support caténaire

En effet le support ci-dessus représente le support type qui représentera la référence pour l’établissement des tableaux d’affectation des supports, tous supports différents de ce type de montage seront systématiquement calculés. Ci-dessous les principales caractéristiques du support de référence : • Arasement : - 0.8 m • Implantation : 2.20 m • Hauteur de contact par rapport au plan de roulement : 5.30 m • • •

Encombrement entre FC et porteur en VC : 1.25 m Portée maxi : 63 m Portée mini 31,5 m

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2 Intégration des secousses sismiques dans les calculs Les secousses sismiques ont été calculées sur la base du Règlement Parasismique Algérien 1999 modifié 2003. Pour inclure les secousses sismiques dans nos calculs nous devons trouver la force sismique totale V. Cette force est appliquée à la base de la structure et doit être calculée successivement dans deux directions horizontales orthogonales selon la formule :

V=

A. D. Q W R

- A : coefficient d’accélération de zone = 0.3 - D : facteur d’amplification dynamique moyen = 1.25 - R : coefficient de comportement global de la structure = 3 - Q : facteur de qualité = 1.05 - W : poids total moyen de la structure = 5000 N

V = 105 daN Cette valeur de 105 daN sera donc intégrée aux calculs des supports dans les directions perpendiculaires et parallèles aux voies pour faire intervenir l’aspect sismique dans le projet.

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IX. TABLEAU D’AFFECTATION DES SUPPORTS Le tableau d’affectation des supports a été réalisé pour diverses configurations rencontrées sur le projet de modernisation de la ligne de Thénia à Tizi Ouzou qui sont les suivantes : • • • • • •

Voie courante Axe d’anticheminement Ancrage d’anticheminement Ancrage ET et Sectionnement Intermédiaire ET et Sectionnement Axe ET et Sectionnement

De plus les calculs ont été réalisés pour plusieurs rayons, et dans les conditions les plus défavorables, à savoir la portée la plus importante pour un type de rayon. Le chapitre 5 concernant la description des équipements de la caténaire 25 KV, recommande pour les supports standards de pleine voie et d’anticheminement des HE220A, or après calculs nous notons que l’échantillon minimum est du HE240A. Le critère dimensionnant n’est pas seulement le taux de travail limité à 13.06 daN/m2, mais la flèche du support à hauteur du FC qui doit être inférieure à 5.5cm comme stipulé au paragraphe 1.2 dans la partie VII de la présente spécification. Le Tableau d’affectation des supports et en annexe 1 de la présente spécification.

X. AFFECTATION DES PLATINES ET DES SCELLEMENTS Les calculs des platines d’ancrage et des scellements ont été réalisés à l’aide du logiciel de simulation mécanique ROBOT, les résultats des calculs se trouvent en annexe 2 et annexe 3. L’affectation des platines et scellements se fait de la façon suivante :

Echantillon

Moment < 9500 daN.m

Moment ≥ 9500 daN.m

HE220A HE240A

HE220B HE240B

Platine 4 trous

Platine 6 trous

HE260A HE280A HE300A

HE260B HE280B HE300B

Platine 6 trous

Platine 6 trous

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ANNEXE 1

23

ANNEXE 2

24

ANNEXE 3

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