CN107794813B - 一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于悬挂式单轨交通技术领域，并公开了一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，包括混凝土顶板、两条单轨列车行驶轨道和后张法体外预应力钢束结构，每条单轨列车行驶轨道分别设置在所述混凝土顶板的底面，每条单轨列车行驶轨道均包括上翼板、波形钢腹板、底板、混凝土内衬和先张法预应力钢筋，上翼板安装在混凝土顶板上，上翼板和底板之间设置混凝土内衬，混凝土内衬内部还布置多条先张法预应力筋；所述单轨列车行驶轨道的外侧设置有多组钢锚碇板并且这些钢锚碇板共同支承后张法体外预应力钢束结构。本发明的后张法体外预应力钢束能改善轨道梁的受力状态，提高了轨道梁的跨度和刚度，并从施工方面达到易实现、易操作的目的。

Description

一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统

技术领域

本发明属于悬挂式单轨交通技术领域，更具体地，涉及一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统。

背景技术

悬挂式单轨交通属轨道交通的新型技术，悬挂式轨道交通不仅无技术规范可循，而且可供参考的资料较少，虽然悬挂式轨道交通在国外发达国家已有很长的历史，但仅限日本、德国有运营成功的线路，国外现代的悬挂式单轨采用底板开口的钢轨道梁结构。我国目前悬挂式单轨仅有两条试验线，试验线采用底板开口的小断面钢箱轨道梁。钢箱型梁存在易屈曲，承载力小,变形大,线形控制难等问题是困扰悬挂式单轨发展的瓶颈，而且随着跨径增大钢箱型梁屈曲、变形大等问题尤为突出，提出一种可替代钢箱轨道梁是迫在眉睫的任务。

底板开口的钢箱轨道梁是现代悬挂式轨道交通目前唯一采用的结构型式，桥跨跨径采用≤30m的标准轨道梁，轨道梁结构单一化妨碍了悬挂式轨道的推广。

常规的钢箱轨道梁结构跨度超过35m后，轨道梁的竖向挠度难以满足《铁路桥涵设计规范》(TB 10002-2017)和《地铁设计规范》(GB50157-2013)中对桥梁结构最大允许挠度的要求。

现有的悬挂式单轨交通运行一段时间后，由于长期的轮轨接触等原因，走行轨面将出现一定程度的损坏，影响悬挂式轨道的平稳运行、列车的爬坡能力、增加能耗，而且按照现有的技术当走形面磨损时，需对整个轨道梁进行更换，更换难度大、成本高，研究一种耐磨材料也是很有必要的。

传统的波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥是用波形钢腹板取代了预应力混凝土箱梁的混凝土腹板而做成的箱梁桥，简称为波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥。波形钢腹板与混凝土顶、底板采用相应的连接件进行连接。传统的波形钢腹板底板在正弯矩区混凝土容易开裂,底板与腹板多采用开孔钢板连接件容易脱落等问题，在悬挂式单轨系统采用波形钢腹板箱型组合轨道梁，必须解决传统的波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥存在的问题，并且还需解决波形钢腹板波浪形作为导向面的问题。

总之，悬挂式单轨交通系统虽在国外已有百年历史，但是国内外可供参考的研究资料非常少，目前国内试验线均采用底板开口的小断面钢箱轨道梁，国内尚未对悬挂式单轨交通系统进行系统性的研究，还存在一些亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，安全适用、技术先进、经济合理，能满足悬挂式单轨轨道梁的受力、变形、刚度、行车安全和舒适性的要求。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，其特征在于，包括混凝土顶板、单轨列车行驶轨道和后张法体外预应力钢束结构，其中，

所述混凝土顶板沿线路方向延伸；

所述单轨列车行驶轨道设置有两条，它们分别设置在所述混凝土顶板的底面上，以用于悬挂列车，每条所述单轨列车行驶轨道均沿线路方向延伸，并且每条所述单轨列车行驶轨道均包括上翼板、波形钢腹板、底板、混凝土内衬和先张法预应力钢筋，所述上翼板通过栓钉固定安装在所述混凝土顶板的底面上，所述波形钢腹板的上端焊接在所述上翼板的底面上而且下端焊接在所述底板上，所述上翼板和所述底板之间设置所述混凝土内衬，所述波形钢腹板设置于所述混凝土内衬的外侧，并且所述混凝土内衬通过栓钉分别与所述波形钢腹板和所述底板连接，所述混凝土内衬内部还布置多条所述先张法预应力筋；

所述单轨列车行驶轨道的外侧设置有钢锚碇板和转向器，并且这些钢锚碇板和转向器共同支承所述后张法体外预应力钢束结构。

优选地，所述后张法体外预应力钢束结构包括张拉端、钢束、转向加劲横梁和外套钢管，所述张拉端固定安装在所述单轨列车行驶轨道上，并且所述钢束的一端固定安装在所述张拉端上，所述转向加劲横梁设置有多个，所述钢束穿过所有的所述转向加劲横梁，并且在所述钢束上还套接多根所述外套钢管，以用于保护所述钢束。

优选地，每条所述单轨列车行驶轨道还包括设置在所述底板底面上的底板纵向加劲肋。

优选地，两条所述单轨列车行驶轨道之间有多组横隔加劲结构并且它们间隔设置，每组所述横隔加劲结构均包括横隔板上翼缘、横隔板和横隔板加劲肋，所述上翼缘安装在所述顶板的底面，所述横隔板安装在所述上翼缘的底面并且所述横隔板与两条所述混凝土内衬均接触，所述横隔板加劲肋安装在所述横隔板的侧面。

优选地，所述顶板上设置有螺栓孔，以便轨道梁悬挂在桥墩下方。

优选地，所述底板由钢板制成。

优选地，所述混凝土顶板内还设置有多块闭口型压型钢板。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明的各结构各尽其能，充分发挥其效率，体外预应力钢束增强了组合结构的刚度和减小了跨中挠度，波形钢腹板纵向刚度很小，几乎不抵抗轴向力，承担了大部分剪力，混凝土顶板、底板钢板、预应力共同承担大部分弯矩，各材料内的应力近似均布图形，波形钢腹板内侧和底板上内衬钢筋混凝土，内衬的混凝土既可作为导向面和行走面，又可防止波形钢腹板的屈曲。底板配置的先张预应力钢筋既可防止底板裂缝，又能抵抗部分跨中弯矩，减小结构的变形。

2)本发明的发明布置在轨道梁箱形框架外侧后张法体外预应力钢束，能改善底部开口轨道梁的受力状态，提高了轨道梁的跨度和刚度，并从施工方面达到易实现、易操作的目的。

3)本发明在波纹钢腹板内侧和底板上内衬钢筋混凝土,既可保证车辆导向面和行走面的平整性,增强导向面和行走面的耐磨性，又可防止波形钢腹板的屈曲。混凝土耐磨性能好、可修补性强，避免了钢箱轨道梁磨损后，需对整个轨道梁进行更换，更换难度大、维护成本高的问题。

4)本发明的底板采用钢板替代传统的波形钢腹板组合梁的混凝土底板，底板采用的钢板既能参与受拉区受力，又可做为底板上混凝土的浇筑模板，而且还免除了传统的波形钢腹板需设置剪力件连接底板与腹板。

5)本发明采用了混凝土顶板底部设置闭口型的压型钢板，方便了混凝土顶板的浇筑，施工便捷。

6)本发明做到了悬挂式轨道梁的安全适用、技术先进、经济合理，能满足悬挂式单轨轨道梁的受力、变形、刚度、行车安全和舒适性的要求。

附图说明

图1是体外预应力钢束立面布置图；

图2是轨道梁立面布置图；

图3是沿图2中Ⅰ-Ⅰ线的半剖视图；

图4是沿图2中Ⅱ-Ⅱ线的半剖视图；

图5是沿图2中A-A线剖面图；

图6是沿图2中B-B线剖面图；

图7是沿图2中C-C线剖面图；

图8是本发明中闭口压型钢板的示意图；

图9是本发明中波形钢腹板的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图9，一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，包括混凝土顶板1和单轨列车行驶轨道，其中，

所述混凝土顶板1沿线路方向延伸；

所述单轨列车行驶轨道设置有两条，它们分别设置在所述混凝土顶板1的底面上，以用于悬挂列车，每条所述单轨列车行驶轨道均沿线路方向延伸，并且每条所述单轨列车行驶轨道均包括上翼板20、波形钢腹板6、底板9、混凝土内衬8和先张法预应力钢筋7，其中，所述上翼板20通过栓钉固定安装在所述混凝土顶板1的底面上，所述波形钢腹板6的上端焊接在所述上翼板20的底面上而且下端均焊接在所述底板9上，所述上翼板20和所述底板9之间设置所述混凝土内衬8，所述波形钢腹板6设置于所述混凝土内衬8的外侧，并且所述混凝土内衬8通过栓钉分别与所述波形钢腹板6和所述底板9连接，所述混凝土内衬8内部还布置多条所述先张法预应力筋7；

所述单轨列车行驶轨道的外侧设置有钢锚碇板4和转向器13，并且钢锚碇板4和转向器13共同支承后张法体外预应力钢束结构。

进一步，所述后张法体外预应力钢束结构包括张拉端12、钢束2、转向加劲横梁11和外套钢管14，所述张拉端12固定安装在所述单轨列车行驶轨道上，并且所述钢束2的一端固定安装在所述张拉端12上，所述转向加劲横梁11设置有多个，所述钢束2穿过所有的所述转向加劲横梁11，并且在所述钢束2上还套接多根所述外套钢管14，以用于保护所述钢束2。

进一步，每条所述单轨列车行驶轨道还包括设置在所述底板9底面上的底板纵向加劲肋19。

进一步，两条所述单轨列车行驶轨道之间有多组横隔加劲结构并且它们间隔设置，每组所述横隔加劲结构均包括横隔板上翼缘16、横隔板5和横隔板加劲肋15，所述上翼缘安装在所述顶板的底面，所述横隔板5安装在所述上翼缘的底面并且所述横隔板5与两条所述混凝土内衬8均接触，所述横隔板加劲肋15安装在所述横隔板5的侧面。

进一步，所述顶板上设置有螺栓孔17。

进一步，所述底板9由钢板制成。

进一步，所述混凝土顶板1内还设置有多块闭口型压型钢板3。

进一步，所述单轨列车行驶轨道的侧面还设置有体外预应力定位筋10。

本发明的轨道梁在工厂整跨制作，主要技术细节及措施如下所述：

(1)顶板1、底板9、波形钢腹板6：在检验合格的波形钢腹板6、底板9与混凝土内衬8接触面焊接栓钉18；波形钢腹板6与横隔板上翼缘16间采用焊接，底板9与波形钢腹板6间采用焊接；底板9底部设置底板纵向加劲肋19。

(2)横隔板5：轨道梁横隔板5每间隔一段距离均匀布置，轨道梁横隔板5上设置横膈板纵向加劲肋19和横隔板上翼缘16。

(3)拼装箱型截面：波形钢腹板6、横隔板上翼缘16、底板9、横隔板5、底板纵向加劲肋19等通过上述构造连接组合为开口的箱型截面。

(4)张拉底部预应力：按图示在先张法台座上布置上预应力钢筋；上述拼装好的开口组合钢箱梁固定在预应力钢筋的台座上，然后浇筑混凝土内衬8。

(5)浇筑混凝土顶板1：铺设箱梁上部的闭口型压型钢板3，绑扎压型钢板上方的桥面板钢筋(或采用钢纤维混凝土)，浇注桥面板混凝土，待混凝土强度和弹模达到28天相应值的90％以上时进行下一步工作。

(6)张拉体外预应力：张拉体外预应力可在工厂或工地现场完成。在轨道梁箱形框架外侧临近支点附近顶板设置钢锚垫板，在轨道梁箱形框架外侧底板9和顶板分别按要求设置转向器13，并按一定间隔设置体外预应力钢束的体外预应力定位筋10。在波形钢腹板6外侧通过设置的转向器13、体外预应力定位筋10穿入钢束2张拉并进行锚固、封锚，这样就能改善底部开口轨道梁的受力状态，提高了轨道梁的跨度和刚度。

(7)运输到工地：运输钢箱组合轨道梁到现场进行安装。

本发明的这种底板开口的组合箱型预应力轨道梁系统，具有设计新颖、可行、简单，充分发挥钢材和混凝土的材料各自的潜能，解决了现有建成的钢箱型梁存在适用跨径小，易屈曲，承载力小,变形大,线形控制难、易腐蚀、耐磨性差等问题,又对传统的波形钢腹板6组合箱型组合梁底板9进行了改进，并采用体外预应力技术,提高了轨道梁的跨度和刚度,可广泛40m～50m悬挂式单轨交通桥梁。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，其特征在于，包括混凝土顶板、单轨列车行驶轨道和后张法体外预应力钢束结构，其中，

所述混凝土顶板沿线路方向延伸；

所述单轨列车行驶轨道设置有两条，它们分别设置在所述混凝土顶板的底面上，以用于悬挂列车，每条所述单轨列车行驶轨道均沿线路方向延伸，并且每条所述单轨列车行驶轨道均包括上翼板、波形钢腹板、底板、混凝土内衬和先张法预应力钢筋；其中，所述上翼板通过栓钉固定安装在所述混凝土顶板的底面上，所述波形钢腹板的上端焊接在所述上翼板的底面上而且下端焊接在所述底板上，所述上翼板和所述底板之间设置所述混凝土内衬，所述波形钢腹板设置于所述混凝土内衬的外侧，并且所述混凝土内衬通过栓钉分别与所述波形钢腹板和所述底板连接，所述混凝土内衬内部还布置多条所述先张法预应力钢筋；

所述单轨列车行驶轨道的外侧设置有钢锚碇板和转向器，并且钢锚碇板和转向器共同支承所述后张法体外预应力钢束结构；所述后张法体外预应力钢束结构包括张拉端、钢束、转向加劲横梁和外套钢管，所述张拉端固定安装在所述单轨列车行驶轨道上，并且所述钢束的一端固定安装在所述张拉端上，所述转向加劲横梁设置有多个，所述钢束穿过所有的所述转向加劲横梁，并且在所述钢束上还套接多根所述外套钢管，以用于保护所述钢束；

两条所述单轨列车行驶轨道之间有多组横隔加劲结构并且它们间隔设置，每组所述横隔加劲结构均包括横隔板上翼缘、横隔板和横隔板加劲肋，所述上翼缘安装在所述顶板的底面，所述横隔板安装在所述上翼缘的底面并且所述横隔板与两条所述混凝土内衬均接触，所述横隔板加劲肋安装在所述横隔板的侧面；

所述顶板上设置有螺栓孔，以便轨道梁悬挂在桥墩下方。

2.根据权利要求1所述的一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，其特征在于，每条所述单轨列车行驶轨道还包括设置在所述底板底面上的底板纵向加劲肋。

3.根据权利要求1所述的一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，其特征在于，所述底板由钢板制成。

4.根据权利要求1所述的一种悬挂式底板开口组合箱型预应力轨道梁系统，其特征在于，所述混凝土顶板内还设置有多块闭口型压型钢板。