CN109457558A - 一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梁‑轨一体化中低速磁浮轨道梁，包括混凝土梁(1)、F轨(2)以及所述F轨(2)与混凝土梁(1)之间的连接装置，所述连接装置包括螺栓(3)和预埋刚套筒(4)，所述F轨(2)与混凝土梁(1)之间设有调高垫板(5)。本发明的梁‑轨一体化中低速磁浮轨道梁，取消了现有中低速磁浮轨道梁的钢横梁、扣件、承载台以及支座等结构，大大降低了整个轨道梁结构的高度，F轨承受的车体运动等载荷直接通过梁‑轨一体化结构传递，此外，在曲线超高段梁‑轨一体化结构直接承受由于轨道倾斜造成的横向剪切作用力，不仅提高了轨‑梁间力的传递效率，而且有效避免了载荷作用导致轨‑梁间结构故障。
Description
技术领域
本发明属于磁浮轨道交通技术领域，更具体地，涉及一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁。
背景技术
中低速磁浮交通是在传统铁路技术发展一百多年后，在其基础上优化创新出来的新型轨道交通方式。中低速磁浮交通具有低噪音、低振动、低辐射、低成本、爬坡能力强、转弯半径小等优势，其不仅节约了大量的土地资源，而且为城市交通的发展提供了安全可靠和节能环保的新选择，是城市交通领域新的发展方向。近年来，国内外在中低速磁浮交通理论研究和工程应用中取得了巨大成果，为推动中低速磁浮交通的应用提供了重要技术支撑。
磁浮交通系统是一种新型地面客运交通系统，与传统轮轨交通系统显著的区别是借助悬浮力使车体悬浮于轨道上方，其行走部与轨道不接触。通过直线感应电机产生的推进力在轨道上前行。中低速磁浮轨道交通采用常导电磁铁吸力型悬浮和导向技术，通过车辆悬浮架上的U型电磁铁与F型钢轨之间的电磁吸引力，实现车辆的悬浮和导向。目前中低速磁浮桥梁结构与轨道结构分成两部分，轨道结构铺设于混凝土桥梁的上方，先施工桥梁结构，然后在桥梁上施工轨道结构。
目前中低速磁浮轨道梁包括桥梁结构与轨道结构两部分，如图1 和图2所示，F轨2通过扣件安装在钢横梁10上，钢横梁10通过支座与承载台10连接，而承载台10再与混凝土梁1连接，从而形成磁浮轨道梁结构。现有技术的低速磁浮桥梁存在诸多问题：(1)轨道结构高度较大，在桥梁和路基上均增大了结构高度，在隧道内则增加了隧道断面，增加了轨道与梁之间的载荷作用距离，尤其在如图2所示的曲线超高情况下，支座结构除了传递由车辆及轨道本身的重力载荷外，还承担横向的剪切力作用，容易在钢横梁与承载台之间以及F 轨与扣件之间产生故障，影响轨道梁结构的安全性和可靠性；(2) 轨道结构构造复杂，包含了F轨、钢横梁、扣件、承轨台及其机械连接装置，不但安装难度大，而且造价高；(3)轨道结构二期荷载较大，导致桥梁结构工程量也较大；(4)桥梁结构设计时，一般没有考虑轨道结构提供的刚度和强度，浪费了材料；(5)F轨位于间隔较大的钢横梁支撑上，在车辆荷载作用下，F轨发生连续不断的竖向弯曲变形，造成轨面的短波不平顺。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其目的在于，取消现有中低速磁浮轨道梁的钢横梁、扣件、承载台以及支座等结构，降低整个轨道梁结构的高度， F轨承受的车体运动等载荷直接通过梁-轨一体化结构传递，此外，在曲线超高段梁-轨一体化结构直接承受由于轨道倾斜造成的横向剪切作用力，不仅提高了轨-梁间力的传递效率，而且有效避免了载荷作用导致轨-梁间结构故障。
为了实现上述目的，本发明提供一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，包括混凝土梁、F轨以及所述F轨与混凝土梁之间的连接装置，所述连接装置包括螺栓和预埋刚套筒；其中，
所述混凝土梁为宽度较大的翼缘结构，其顶部设有所述预埋钢套筒，露出所述混凝土梁的顶部或者与所述混凝土梁的顶部平齐，且所述预埋钢套筒的长度与直径与所述螺栓的长度与直径相匹配并根据受力需要确定；
所述F轨与混凝土梁之间设有调高垫板，所述调高垫板为不同厚度以适应调整轨面高程的需要，所述F轨以及调高垫板上设有螺栓孔，所述螺栓孔与设于所述混凝土梁内的预埋钢套筒对应，所述F轨和调高垫板通过所述螺栓拧入所述预埋钢套筒使所述F轨与所述预埋钢套筒以及预埋钢套筒与所述混凝土梁固定连接连为一体，形成梁 -轨一体化结构。
进一步地，所述混凝土梁的顶部为直线平面，所述预埋钢套筒和螺栓根据受力需要沿所述混凝土梁均匀布置或每间隔一定距离集中布置若干个。
进一步地，所述混凝土梁的顶部为斜面，所述F轨通过所述预埋钢套筒始终与混凝土梁斜面表面紧密贴合，并通过所述螺栓和预埋刚套筒形成梁-轨一体化结构。
进一步地，所述混凝土梁的顶部内侧设置“肩部结构”，以降低内侧所述F轨的高度，其外侧设置“凸起结构”，以抬高外侧所述F 轨的高度，且所述内侧“肩部结构”与外侧“凸起结构”相匹配，以实现曲线段轨道梁对于超高的要求。
进一步地，所述调高垫板与混凝土梁之间设有钢套筒安装板。
进一步地，所述钢套筒安装板为长方体结构，其宽度根据所述预埋钢套筒的数量及布置确定为～m，其长度根据施工长度确定为～m，厚度根据受力情况为～mm。
进一步地，所述钢套筒安装板上对应所述预埋钢套筒的位置阵列设有通孔，所述通孔的形状为圆形或腰圆形，其直径大于所述预埋钢套筒的直径。
进一步地，所述钢套筒安装板对应所述螺栓的位置开设有螺栓孔。
进一步地，所述螺栓孔为圆形或长圆形，其孔径比所述螺栓的直径大，以便调整所述F轨的轨距。
进一步地，所述混凝土梁的截面为回字型、工字型、T形、或梯形。
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)本发明的梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，取消了现有中低速磁浮轨道梁的钢横梁、扣件、承载台以及支座等结构，大大降低了整个轨道梁结构的高度，F轨承受的车体运动等载荷直接通过梁-轨一体化结构传递，此外，在曲线超高段梁-轨一体化结构直接承受由于轨道倾斜造成的横向剪切作用力，不仅提高了轨-梁间力的传递效率，而且有效避免了载荷作用导致轨-梁间结构故障。
(2)本发明的梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，F轨通过预埋在桥梁中的钢结构伸臂直接与桥梁结构连为一体，形成钢-混凝土组合结构，桥梁与轨道连为一体，组合受力，结构受力性能更好；同时F 轨锚固螺栓也可以承担更大的水平剪力，轨道平顺性更好。
(3)本发明的梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，调高垫板与混凝土梁之间设有钢套筒安装板，可以一次性实现对多个预埋刚套筒的定位和预埋施工，不仅定位和预埋深度准确，而且施工效率高，与混凝土的融合性好，对相应钢板的定位和支撑作用更好、更稳定。
(4)本发明的梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，钢套筒安装板上设计好对应预埋刚套筒的定位信息并加工获得用于预埋剪力钉的通孔，该通孔的形状可以为圆形、腰圆形或其他结构形式，其直径大于预埋刚套筒的直径，以便于施工过程中对预埋刚套筒的定位进行微调，以适应冲低速磁浮轨道梁对平顺性的要求。
(5)本发明的梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，混凝土梁的梁顶为斜面，斜面可以向左侧设置也可向右侧设置，F轨通过预埋钢套筒始终与混凝土梁斜面表面紧密贴合，并通过螺栓和预埋刚套筒形成梁 -轨一体化轨道梁结构。
(6)本发明的梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，混凝土梁的梁顶不设计为倾斜斜面，而在其顶部两侧设计不同的组合结构，其中轨道内侧一边设置“肩部结构”，以降低内侧F轨的高度，而在轨道外侧一边，设置“凸起结构”，以抬高外侧F轨的高度，通过内侧“肩部结构”与外侧“凸起结构”的匹配，实现曲线段轨道梁对于超高的要求。
(7)本发明的梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，只需要对混凝土梁进行布局改进，节省材料用量，施工简便，降低了工程投资，具体较大的工程应用价值。
附图说明
图1为现有技术中的中低速磁浮平面直线段桥梁与轨道布置横截面图；
图2为现有技术中的中低速磁浮曲线超高段桥梁与轨道布置横截面图；
图3为本发明实施例1平面直线段梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁横截面图；
图4为本发明实施例2曲线超高段梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁横截面图；
图5为本发明实施例2曲线超高段梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁横截面图；
图6为图3中的B区域局部大样图；
图7为图6中沿2-2断面处的剖面示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为： 1-混凝土梁、2-F轨、3-螺栓、4-预埋钢套筒、5-调高垫板、10-承载台、11-钢横梁、12-钢套筒安装板。
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。
针对现有技术中低速磁浮轨道梁结构存在的一系列问题，本发明提供一种具有梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其在混凝土梁的顶部对称设置梁-轨一体化结构。该梁-轨一体化结构包括混凝土梁、F轨及连接装置，其中，连接装置可以多种多样，比如通过设置平行于混凝土梁顶部及垂直于混凝土梁顶部的双向构件、或者在混凝土梁顶部预埋结构件，在F轨一侧设置相匹配的构件、或者其他类连接结构。 F轨通过连接装置与混凝土梁实现连接，从而形成梁-一体化的中低速磁浮轨道梁。通过这种梁-轨一体化结构，取消了现有中低速磁浮轨道梁的钢横梁、扣件、承载台以及支座等结构，大大降低了整个轨道梁结构的高度，F轨承受的车体运动等载荷直接通过梁-轨一体化结构传递，此外，在曲线超高段梁-轨一体化结构直接承受由于轨道倾斜造成的横向剪切作用力，不仅提高了轨-梁间力的传递效率，而且有效避免了载荷作用导致轨-梁间结构故障。另外，与现有技术相比，取消了钢横梁、扣件、承载台以及支座等构件，使结构构造更加简单，有效降低了从轨面至桥面的结构高度，施工工序更少，无需在桥梁顶板预留承轨台钢筋，施工工艺更简单，同时也使得工程造价更低。
具体而言，本发明提供两种常见实施例以说明本发明的技术方案。图3为本发明实施例1的梁-轨一体桥梁结构横截面图；图6为图3 中的B区域局部大样图。结合图3和图6可知，梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁包括混凝土梁1、F轨2和连接装置，其中，连接装置包括螺栓3及预埋钢套筒4。混凝土梁1上梁设计为宽度较大的翼缘结构，考虑到混凝土梁1本身翼缘结构提供支撑，因此不需要设置支撑结构。F轨2与混凝土梁1上梁之间设置调高垫板5，混凝土梁1内设置预埋钢套筒4，在混凝土梁1浇注施工期间即预埋，预埋钢套筒 4露出混凝土梁1的顶部或者与混凝土梁1的顶部平齐。此外，为了保证F轨2与混凝土梁1之间作用力的有效传递，F轨2采用特殊设计，如图6所示，F轨2与混凝土梁1连接的一侧根据载荷需求设计为较大尺寸结构，其宽度和厚度均与常规F轨的一侧相比有所增加，以保证结构的安全性和有效性。F轨2以及调高垫板5上设置螺栓孔，与设置于混凝土梁1内的预埋钢套筒4对应，F轨2和调高垫板5通过螺栓3拧入预埋钢套筒4使F轨2与混凝土梁1以及预埋钢套筒4 与混凝土梁1固定连接，连为一体，形成梁-轨一体化结构桥梁结构。相比于图2为现有技术中的中低速磁浮桥梁与轨道布置，同样取消了承轨台10、钢横梁11以及其他的轨排扣件及支座，使结构构造更加简单，降低了安装难度和结构的工程量。F轨2通过预埋在桥梁中的钢结构伸臂直接与桥梁结构连为一体，形成钢-混凝土组合结构，桥梁与轨道连为一体，组合受力，结构受力性能更好；
进一步地，图7为图6中沿2-2断面处的剖面示意图，结合图 7，螺栓3以及预埋钢套筒4根据受力需要沿混凝土梁1上梁均匀布置或每间隔一定距离集中布置若干个。另外，图1的现有技术中F轨2位于间隔较大的钢横梁11上，在车辆荷载作用下，F轨2发生连续不断的竖向弯曲变形，容易造成轨面的短波不平顺，而本发明的F轨 2连续支撑于混凝土梁1上，F轨2在车辆荷载作用下产生的竖向变形更小，同时F轨2锚固螺栓也可以承担更大的水平剪力，轨道平顺性更好。
此外，在磁浮轨道交通轨道梁施工过程中，一次施工长度达50～ 100米，因此，预埋钢套筒4的数量多，需要同时在混凝土梁1浇筑完成后预埋入混凝土中，由于混凝土的凝固时间短，预埋钢套筒4的定位、预埋时间非常短，因此，实际施工过程中容易出现定位不准或者预埋深度不够或过深等诸多问题，导致后续螺栓3与预埋刚套筒4 出现定位不准无法安装、预埋钢套筒4预埋过浅需要二次切割加工以及预埋钢套筒4预埋过深难以对F轨2形成固定连接等一系列问题。为此，作为本发明的另一方面改进，如图3～图6所示，在调高垫板5与混凝土梁1之间设有钢套筒安装板12。其中，钢套筒安装板12 优选为长方体结构，其宽度根据对应预埋钢套筒4的数量及布置确定，如为3～8m，其长度根据施工长度确定，如为50～100m，厚度根据受力情况确定，可为4～8mm钢质材料制成。提前在钢套筒安装板 12上设计好对应预埋钢套筒4的定位信息并加工获得用于预埋钢套筒4的通孔。通过上述结构，可以一次性实现对多个预埋钢套筒4的定位和预埋施工，不仅定位和预埋深度准确，而且施工效率高，与混凝土的融合性好，对相应钢板的定位和支撑作用更好、更稳定。优选地，该通孔的形状可以为圆形、腰圆形或其他结构形式，其直径大于预埋钢套筒4的直径，以便于施工过程中对预埋钢套筒4的定位进行微调，以适应冲低速磁浮轨道梁对平顺性的要求。优选地，预埋钢套筒4可与第钢套筒安装板12提前加工为整体结构，然后再进行预埋施工，进一步提高施工效率和质量。
优选地，F轨2、调高垫板5以及钢套筒安装板12上开设有螺栓孔，螺栓孔可以是圆形也可以是长圆形，螺栓孔孔径比螺栓3的直径稍大，可进行F轨距的调整。
优选地，混凝土梁1的截面并不限于附图中的截面形式，也可以是工字型截面、T形截面、梯形截面等其它截面。
为了适应中低速磁浮轨道梁弯道变化，轨道梁需要设计曲线超高，在曲线超高端，轨道一般设计为外高内低的结构形式，以通过磁浮列车的自重向弯道内侧的分力作为磁浮列车通过弯道时的向心力，保证列车安全转弯。优选地，如图4和图5所示为本发明实施例2的曲线超高段梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁的横截面图，如图4所示，混凝土梁1的梁顶为斜面，斜面可以向左侧设置也可向右侧设置，F轨 2通过预埋钢套筒4始终与混凝土梁1斜面表面紧密贴合，并通过螺栓3和预埋刚套筒4形成梁-轨一体化轨道梁结构。
如图5所示，为了实现轨道梁的曲线超高设计，也可以采用如图 5所示的改进设计方案，即混凝土梁1的梁顶不设计为倾斜斜面，而在其顶部两侧设计不同的组合结构，其中轨道内侧一边设置“肩部结构”，以降低内侧F轨的高度，然后通过预埋刚套筒4和螺栓3实现F轨2与混凝土梁1之间的固定连接；而在轨道外侧一边，设置“凸起结构”，以抬高外侧F轨的高度，通过内侧“肩部结构”与外侧“凸起结构”的匹配，实现曲线段轨道梁对于超高的要求。这种结构形式，只需要对混凝土梁1进行布局改进，节省材料用量，施工简便，降低了工程投资，具体较大的工程应用价值。
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，并不用于限制本发明，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 (10)
1.一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，包括混凝土梁(1)、F轨(2)以及所述F轨(2)与混凝土梁(1)之间的连接装置，所述连接装置包括螺栓(3)和预埋刚套筒(4)；其中，
所述混凝土梁(1)为宽度较大的翼缘结构，其顶部设有所述预埋钢套筒(4)，露出所述混凝土梁(1)的顶部或者与所述混凝土梁(1)的顶部平齐，且所述预埋钢套筒(4)的长度与直径与所述螺栓(3)的长度与直径相匹配并根据受力需要确定；
所述F轨(2)与混凝土梁(1)之间设有调高垫板(5)，所述调高垫板(5)为不同厚度以适应调整轨面高程的需要，所述F轨(2)以及调高垫板(5)上设有螺栓孔，所述螺栓孔与设于所述混凝土梁(1)内的预埋钢套筒(4)对应，所述F轨(2)和调高垫板(5)通过所述螺栓(3)拧入所述预埋钢套筒(4)使所述F轨(2)与所述预埋钢套筒(4)以及预埋钢套筒(4)与所述混凝土梁(1)固定连接连为一体，形成梁-轨一体化结构。
2.根据权利要求1所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述混凝土梁(1)的顶部为直线平面，所述预埋钢套筒(4)和螺栓(3)根据受力需要沿所述混凝土梁(1)均匀布置或每间隔一定距离集中布置若干个。
3.根据权利要求1或2所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述混凝土梁(1)的顶部为斜面，所述F轨(2)通过所述预埋钢套筒(4)始终与混凝土梁(1)斜面表面紧密贴合，并通过所述螺栓(3)和预埋刚套筒(4)形成梁-轨一体化结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述混凝土梁(1)的顶部内侧设置“肩部结构”，以降低内侧所述F轨(2)的高度，其外侧设置“凸起结构”，以抬高外侧所述F轨(2)的高度，且所述内侧“肩部结构”与外侧“凸起结构”相匹配，以实现曲线段轨道梁对于超高的要求。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述调高垫板(5)与混凝土梁(1)之间设有钢套筒安装板(12)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述钢套筒安装板(12)为长方体结构，其宽度根据所述预埋钢套筒(4)的数量及布置确定为3～8m，其长度根据施工长度确定为50～100m，厚度根据受力情况为4～8mm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述钢套筒安装板(12)上对应所述预埋钢套筒(4)的位置阵列设有通孔，所述通孔的形状为圆形或腰圆形，其直径大于所述预埋钢套筒(4)的直径。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述钢套筒安装板(12)对应所述螺栓(3)的位置开设有螺栓孔。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述螺栓孔为圆形或长圆形，其孔径比所述螺栓(3)的直径大，以便调整所述F轨(2)的轨距。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种梁-轨一体化中低速磁浮轨道梁，其特征在于，所述混凝土梁(1)的截面为回字型、工字型、T形、或梯形。
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