CN113737581A - 轨道梁及其制作方法和轨道梁的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道梁及其制作方法和轨道梁的设计方法，所述轨道梁具有制作形态和成桥形态，在XOZ坐标系中，在所述制作形态下，所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均为中部沿所述Z轴下凹的曲线，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴倾斜，且沿着从所述轨道梁的顶面到底面的方向，所述轨道梁的纵向两侧端面之间的距离逐渐增大，在所述成桥形态下，所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均相对所述X轴平行，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴平行。根据本发明的轨道梁，通过对轨道梁的制作形态进行如上设定，从而使得成桥形态的轨道梁的线型符合设计要求。

Description

轨道梁及其制作方法和轨道梁的设计方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其是涉及一种轨道梁及其制作方法和轨道梁的设计方法。

背景技术

跨座式单轨交通系统作为城市现代化的交通运输工具，其结构形式与其他轨道交通系统相比有明显的不同，其轨道采用预应力混凝土轨道梁，预应力混凝土轨道梁作为双向挠曲构件，除承受列车竖向荷载与水平荷载，如离心力、风力等的作用外，还承受较大的扭转荷载的作用；同时作为列车行驶的轨道，要求其具有良好的运行性、维修保养性、经济性。跨座式单轨交通系统的特点是梁和轨道为一体，该梁不仅作为承重结构，同时也是车辆运行的轨道，因此制造和安装精度要求极高。然而，相关技术中该轨道梁的线型难以保证。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种轨道梁，所述轨道梁通过对轨道梁的制作形态进行设计，从而使得成桥形态的轨道梁的线型符合设计要求。

本发明还提出一种具有用于制作上述轨道梁的制作方法。

本发明还提出一种轨道梁的设计方法。

根据本发明第一方面实施例的轨道梁，将所述轨道梁的底面中心点定义为原点O，将所述轨道梁的纵向定义为X轴方向，将所述轨道梁的横向定义为Y轴方向，将所述轨道梁的竖向定义为Z轴方向，所述轨道梁具有制作形态和成桥形态，在XOZ坐标系中，在所述制作形态下，所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均为中部沿所述Z轴下凹的曲线，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴倾斜，且沿着从所述轨道梁的顶面到底面的方向，所述轨道梁的纵向两侧端面之间的距离逐渐增大，在所述成桥形态下，所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均相对所述X轴平行，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴平行。

根据本发明的轨道梁，通过对轨道梁的制作形态进行如上设定，从而使得成桥形态的轨道梁的线型符合要求。

根据本发明第二方面实施例的轨道梁的制作方法，用于制作根据本发明第一方面实施例的轨道梁，制作方法包括制作步骤：分别调节横向两侧的侧模的顶端的线型板的线型；分别调节纵向两侧的端模在XOZ坐标系中的位置以及相对所述Z轴的倾角。

根据本发明的轨道梁的制作方法，可以简单、有效且可靠地获得制作形态的轨道梁。

根据本发明第三方面实施例的轨道梁的设计方法，包括设计步骤：对理论形态的轨道梁进行全寿命周期线型变化计算，获得轨道梁的最终形态的顶面的线型变化和纵向两端面的线型变化，根据所述顶面的线型变化和所述纵向两端面的线型变化，对所述理论形态的轨道梁进行反向设计，获得反向设计后的制作形态的轨道梁，以使得所述制作形态的轨道梁在成桥之后，形成的成桥形态的轨道梁的顶面的线型和纵向两端面的线型，符合所述理论形态的轨道梁的顶面的线型和纵向两端面的线型要求。

根据本发明的轨道梁的设计方法，设计构思巧妙，通过反向设计出制作形态的轨道梁，从而使得成桥形态的轨道梁符合理论形态要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的理论形态的轨道梁的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的制作形态的轨道梁的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的成桥形态的轨道梁的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的模具的示意图；

图5和图6是根据本发明一个实施例的轨道梁的设计过程图；

图7是根据本发明一个实施例的轨道梁的计算模型图；

图8是根据本发明一个实施例的基于凹曲线的反拱设计示意图；

图9是根据本发明一个实施例的基于凸曲线的反拱设计示意图；

图10是根据本发明一个实施例的最小超高率法的设计示意图；

图11是根据本发明一个实施例的轨道梁的演变过程示意图；

图12是根据本发明一个实施例的端模和台车的设置示意图；

图13是根据本发明一个实施例的制作形态的轨道梁的平面设计图；

图14是根据本发明一个实施例的圆曲线垫石引起的超高计算示意图。

附图标记：

轨道梁100；理论形态A；制作形态B；成桥形态C；最终形态D；

顶面1；顶面左侧边缘11；顶面右侧边缘12；

端面2；小里程侧端面21；大里程侧端面22；

底面3；底面左侧边缘31；底面右侧边缘32；

模具200；垫石300；支座400；

底模4；侧模5；端模6；

线型板7；板条71；调节螺栓72。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

跨座式单轨交通系统作为城市现代化的交通运输工具，其结构形式与其他轨道交通系统相比有明显的不同，其轨道采用预应力混凝土轨道梁(简称PC轨道梁)。PC轨道梁作为双向挠曲构件，除承受列车竖向荷载与水平荷载(离心力、风力等)作用外，还承受较大的扭转荷载的作用；同时作为列车行驶的轨道，要求其具有良好的运行性、维修保养性、经济性。跨座式单轨交通系统的特点是梁和轨道为一体，该梁不仅作为承重结构，同时也是车辆运行的轨道，因此制造和安装精度要求极高。

为了保证轨道梁线型符合要求，相关技术中具有一种分两次浇筑轨道梁控制线型的方法，首先在设计位置绑扎钢筋笼，铺设预应力钢绞线管道后，通过混凝土一次浇筑形成轨道梁主体，浇筑高度低于轨道梁的设计高度，如3～10cm；其次是等轨道梁主体达到规定强度后，张拉钢绞线对轨道梁主体施加预应力；最后在轨道梁主体顶面1进行二次浇筑至轨道梁的设计高度，在轨道梁主体表面形成找平层。

上述这种分两次浇筑轨道梁控制线型的方法有几个比较明显的缺点：首先是使简单的施工工艺复杂化，轨道梁两次浇筑成型，模板周转周期变长；再者是二次浇筑找平层材料为特殊材料，成本增加；最主要的是找平层厚度一般为3～10cm，在长期运营过程中，由于环境温度的变化以及受到列车的水平制动力等不利因素的影响，找平层会呈现裂缝甚至脱落等病害现象。因此，此线型控制方法虽然能让跨座式单轨列车轨道梁表面的平整度在前期得到保证，但在后期会影响列车的运行平稳性与可靠性。

为了至少解决上述技术问题之一，本发明提出了一种轨道梁100、轨道梁100的制作方法和轨道梁100的设计方法。需要说明的是，根据本发明实施例的轨道梁100，指的是轨道采用预应力混凝土轨道梁，简称PC轨道梁。

下面，参照附图，描述根据本发明实施例的轨道梁100。

如图1所示，在本文的描述中，将轨道梁100的底面中心点定义为原点O，将轨道梁100的纵向定义为X轴方向，将轨道梁100的横向定义为Y轴方向，将轨道梁100的竖向定义为Z轴方向。需要说明的是，本段所述的建立坐标系的方式，适用于后文所述的每种形态的轨道梁100，例如，后文对哪一种形态的轨道梁100进行描述，就以哪一种形态的轨道梁100的底面中心点作为原点O。

结合图2和图3所示，轨道梁100具有制作形态B和成桥形态C。

如图2所示，在制作形态B下，在XOZ坐标系中，轨道梁100的顶面1横向两侧边缘，均为中部均沿Z轴下凹的曲线(例如图2中所示的轨道梁100的顶面左侧边缘11的中心沿Z轴下凹s1距离，轨道梁100的顶面右侧边缘12的中心沿Z轴下凹s2距离)，轨道梁100的纵向两侧端面2相对Z轴倾斜(例如图2中所示的轨道梁100的小里程侧端面21相对Z轴倾斜a1角度，轨道梁100的大里程侧端面22相对Z轴倾斜a2角度)，且沿着从轨道梁100的顶面1到底面3的方向，轨道梁100的纵向两侧端面2之间的距离逐渐增大(例如图2中所示的轨道梁100的小里程侧端面21与大里程侧端面22之间在X轴方向上的距离自上向下逐渐增大)。

如图3所示，在成桥形态C下，在XOZ坐标系中，轨道梁100的顶面1横向两侧边缘均相对X轴平行(例如图3中所示的轨道梁100的顶面左侧边缘11均相对X轴平行，轨道梁100的顶面右侧边缘12相对X轴平行)，轨道梁100的纵向两侧端面2均相对Z轴平行(例如图3中所示的轨道梁100的小里程侧端面21相对Z轴平行，轨道梁100的大里程侧端面22均相对Z轴平行)。

可以理解的是，轨道梁100的顶面1通常是以顶面左侧边缘11和顶面右侧边缘12为基础抹平浆面，从而在顶面左侧边缘11和顶面右侧边缘12均下凹时，轨道梁100的顶面1整体为中部下凹的曲面，在顶面左侧边缘11和顶面右侧边缘12均与X轴平行时，轨道梁100的顶面1整体为与X轴平行的平面。

需要说明的是，轨道梁100的制作形态B指的是轨道梁100在制作过程中，脱模时的形态，成桥形态C指的是轨道梁100在出厂时的成品梁的形态。轨道梁100在制造的过程中，脱模后从制作形态B，经过一系列后期处理，例如可以是但不限于经过养护阶段动态监控和引导使梁体沿轴线逐步上拱等，使得梁端逐步压缩和旋转，最终演变成成桥形态C。

由此，通过将轨道梁100的制作形态B设计成上述顶面1凹陷，两端面2倾斜的状态，从而使得轨道梁100在成桥形态C下可以呈现上述顶面1为与X轴平行的平面，两侧端面2为与Z轴平行的平面，从而使得轨道梁100在长期运营期间过程中，具备抵御多种不利因素扰动的自平衡能力，其结构性能动态维持在初始平衡状态，能够保证跨座式单轨列车轨道梁100表面的平整度，提高轨道梁100的抗冲击能力。

在一些实施例中，在XOZ坐标系中，如图2所示，在制作形态B下，轨道梁100的底面3横向两侧边缘均相对X轴平行(例如图2中所示的轨道梁100的底面左侧边缘31均相对X轴平行，轨道梁100的底面右侧边缘32相对X轴平行)，由此，通过将制作形态B的轨道梁100的底面3设计为与X轴平行的平面，从而可以便于底模4的设置，方便轨道梁100的加工。

此外，可以理解的是，在XOZ坐标系中，当在制作形态B下，轨道梁100的底面3横向两侧边缘均相对X轴平行时，如图3所示，在成桥形态C下，轨道梁100的底面3横向两侧边缘均为中部沿Z轴上凹的曲线(例如图3中所示的轨道梁100的底面左侧边缘31的中心沿Z轴上凹，轨道梁100的底面右侧边缘32的中心沿Z轴上凹)，从而不会影响成桥形态C下的轨道梁100的顶面1和纵向两侧端面2的线型。

在一些实施例中，如图2所示，申请人创造性地发现了，在制作形态B下，在XOZ坐标系中，轨道梁100的顶面1横向两侧边缘的线型均符合挠度曲线函数：P＝ax^1.35，例如图2中所示的轨道梁100的顶面左侧边缘11的线型符合挠度曲线函数：P＝ax^1.35，轨道梁100的顶面右侧边缘12的线型也符合挠度曲线函数：P＝ax^1.35，其中，a为非零系数。由此，可以有效地保证在成桥形态C下，轨道梁100的顶面1横向两侧边缘均相对X轴平行，从而符合轨道梁100的成桥形态C要求。需要说明的是，该挠度曲线函数，并不是通过有限次实验可以推导获得的，而是申请人创造性地发现的。

下面，描述根据本发明实施例的轨道梁100的制作方法。

根据本发明实施例的制作方法，用于制作上述任一实施例的轨道梁100，具体可以包括如下制作步骤：如图4所示，分别调节横向两侧的侧模5的顶端的线型板7的线型，从而可以获得轨道梁100的顶面1横向两侧边缘的线型；以及分别调节纵向两侧的端模6在XOZ坐标系中的位置以及相对Z轴的倾角，从而可以获得轨道梁100的纵向两侧端面2在XOZ坐标系中的线型。由此，可以使得轨道梁100脱模后符合上述制作形态B要求，操作简单、有效。

根据本发明实施例的制作方法，还可以包括如下制作步骤：分别调节纵向两侧的端模6在XOY坐标系中的位置以及相对Y轴倾角，分别调节纵向两侧的端模6在YOZ坐标系中的位置以及相对Z轴的倾角。由此，可以满足线路形和超高要求。

如图4所示，根据本发明实施例的轨道梁100采用模具200一次性浇筑制成，模具200包括：底模4、两个侧模5和两个端模6，每个侧模5的顶部分别设有线型板7，制造工序可以为、但不限于：将台车放线，将支座400和端模6设置在台车上，调整上述描述的端模6的位置和倾角；钢筋绑扎；调节侧模5顶部线型板7线型，将设置有端模6和支座400的台车及绑扎好的钢筋推入两个侧模5之间，采用两个侧模5两侧的千斤顶分别推动两侧模5，以限定出轨道梁100的制作形态B的侧面线型；从顶部浇筑混凝土，当浇筑振实后达到线型板7位后，以线形板为基准进行顶面1的抹面工作，获得轨道梁100的制作形态B的顶面1线型，之后可以脱模，获得制作形态B的轨道梁100。将制作形态B轨道梁100吊装移位，进行张拉、管道压浆、端封、成品检测等后续操作，最终获得成桥形态C的轨道梁100，由此，制作工艺简单，可以简单有效地实现批量生产。

需要说明的是，线型板7的具体构成不限，例如图4所示，线型板7可以包括沿轨道梁100的纵向延伸的板条71和沿板条71的长度方向间隔开设置的多个调节螺栓72，通过调节每个调节螺栓72的旋入深度，以改变板条71线型，从而可完成线型板7的线型调节。

下面，描述根据本发明实施例的轨道梁100的设计方法。

根据本发明实施例的轨道梁100的设计方法，包括设计步骤：如图5和图6所示，对理论形态A的轨道梁100进行全寿命周期线型变化计算，获得轨道梁100的最终形态D的顶面1线型变化和纵向两端面2的线型变化，根据最终形态D的轨道梁100相对于理论形态A的轨道梁100的顶面1线型变化和纵向两端面2线型变化，对理论形态A的轨道梁100进行反向设计，获得反向设计后的制作形态B的轨道梁100，以使得制作形态B的轨道梁100在成桥之后，形成的成桥形态C的轨道梁100的顶面1线型和纵向两端面2线型，符合理论形态A的轨道梁100的顶面1线型和纵向两端面2线型要求。

由此，根据本发明实施例的轨道梁100的设计方法，可以有效地保证一次性浇筑成型的轨道梁100的线型精度，在制造轨道梁100之前，精确推导出轨道梁100的制作形态B的参数，以使成桥形态C的轨道梁100符合理论形态A的要求，从而保证轨道梁100在长期运营期间过程中，具备抵御多种不利因素扰动的自平衡能力，其结构性能动态维持在初始平衡状态，能够保证跨座式单轨列车轨道梁100表面的平整度，提高轨道梁100的抗冲击能力。

此外，可以理解的是，还可以同时建立完善的监控机制，准控制梁体形态的演变，以保证轨道梁100可以有效地从制作形态B演变为成桥形态C。此外需要说明的是，当将轨道梁100的制作形态B设计好之后，本领域技术人员可以知晓如何使轨道梁100从制作形态B演变为成桥形态C，因此不作赘述。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，将轨道梁100的理论形态A设计为长方体，并结合图2-图3，将轨道梁100的底面中心点定义为原点O，将轨道梁100的纵向定义为X轴方向，将轨道梁100的横向定义为Y轴方向，将轨道梁100的竖向定义为Z轴方向，在XOZ坐标系中，将轨道梁100的制作形态B设计为：轨道梁100的顶面1横向两侧边缘均为中部沿Z轴下凹的曲线，轨道梁100的纵向两侧端面2均相对Z轴倾斜，且沿着从轨道梁100的顶面1到底面3的方向，轨道梁100的纵向两侧端面2之间的距离逐渐增大，将轨道梁100的制作形态B设计为：轨道梁100的底面3横向两侧边缘均相对X轴平行；将轨道梁100的成桥形态C设计为：轨道梁100的顶面1横向两侧边缘均相对X轴平行，轨道梁100的纵向两侧端面2均相对Z轴平行，轨道梁100的底面3横向两侧边缘均为中部沿Z轴上凹的曲线。

在本实施例中，是针对等截面轨道梁100的设计，即针对理论形态A为长方体的轨道梁100进行设计，但是为了加工方便，将制作形态B的轨道梁100设计为底面3横向两侧边缘均相对X轴平行，使得在成桥形态C下的轨道梁100的底面3上凹，但是并不是说明本申请实施例的轨道梁100是针对变截面梁体的设计。当然，本发明不限于此，为了获得成桥形态C的轨道梁100的底面3也为平面，可以将制作形态B的轨道梁100的底面3也设置为下凹曲面，此时，重新设计底模4即可。

由此，如前文的描述可以理解，通过将轨道梁100的制作形态B设计成上述顶面1凹陷，两端面2倾斜的状态，从而使得轨道梁100在成桥状态下可以呈现上述顶面1为与X轴平行的平面，两侧端面2为与Z轴平行的平面，从而使得轨道梁100在长期运营期间过程中，具备抵御多种不利因素扰动的自平衡能力，其结构性能动态维持在初始平衡状态，能够保证跨座式单轨列车轨道梁100表面的平整度，提高轨道梁100的抗冲击能力。

申请人发现，对图5(a)所示的理论形态A的轨道梁100(一个规则的长方体)，进行全寿命周期线型变化计算，在恒载(包括自重、预应力和二期恒载)、混凝土收缩徐变、列车荷载等多种因素综合作用下，轨道梁100最终的变形如图5(b)所示，以顶面1向上的弯曲变形和纵向两端沿纵向压缩变形为主，由此说明，如果将轨道梁100按照图5(a)所示规则的长方体的理论形态A作为制作形态B制作，则成桥后的轨道梁100将成为图5(b)所示的最终形态D，该形态中轨道梁100的中心轴线呈向上拱曲，且纵向两端被压缩的圆弧柱体，不满足使用要求。

通过对比可以发现；最终形态D较理论形态A在两端部发生了大小为Sb的压缩量，且由于轨道梁100的中心轴线呈现上拱形状，纵向两端面2具有明显的倾角a，为了让轨道梁100的成桥形态C符合理论形态A要求，在制梁之前，根据线路要素，采取反向变形修正的方法，设计出轨道梁100的制作形态B，如图5(c)所示，其中，Δa为上压缩量；Δb为下压缩量，在两端反向加长-Sb的压缩量，可消除图5(b)中轨道梁100纵向两端的压缩量Sb，端部预设反变形倾角-a，可消除图5(b)中预应力偏心张拉引起的倾角a，沿轨道梁100中心轴线给予反向变形量-Sa的预拱度，便能消除图5(b)中顶面1起拱量Sa。由此，通过上述反向变形修正的方法，便可消除图5(b)所示的变形差异。

简言之，在本申请，如图6(a)所示，将轨道梁100的理论形态A设置为一个规则的长方体，如图6(b)所示，将制作形态B经过反向变形修正和施工工艺修正后设计为顶面1下凹、两端倾斜、底面3水平的不规则六面体，通过养护阶段动态监控和引导使梁体沿轴线逐步上拱，梁端逐步压缩和旋转等后续工序，使得制作形态B的轨道梁100可以最终演变为顶面1、纵向两端面2、横向两侧面均与理论形态A一致，且底面3向上凹曲的六面体的成桥形态C的轨道梁100，如图6(c)所示，从而符合使用要求。

需要解释的是，在对理论形态A的轨道梁100进行全寿命周期线型变化计算时，可以采用桥梁设计软件、或者采用编程等方式进行建模模拟，例如模拟轨道梁100理论形态A下(如图5(a)所示)的全寿命周期的线型变化，得到轨道梁100在脱模、初张前、初张后、终张前、终张后、存梁、架梁及运营十年等各个阶段的初始形态数据，如跨中顶面1最大拱值、端部位移(压缩量)、端部倾角等。由此，可以简单且有效地实现计算。

此外，考虑到从混凝土浇筑到轨道梁100成桥的过程一般需要一段时间，例如104天，该形态演变过程中，轨道梁100的形态不仅与线路形相关，还与恒荷载，预应力加载、松弛，徐变收缩，车辆活载、附加载荷、季节变化和昼夜交替引起的温差、列车循环载荷引起的疲劳损伤等因素有关。因此，由于桥梁在制造、架设、运营阶段承受不同的载荷，应进行载荷分析时应进行荷载组合及边界条件转换。例如，当利用迈达斯桥梁计算软件建立模型如图7所示，模拟轨道梁100全寿命周期的线型变化，各阶段边界条件的转换如表1和表2。

表1边界条件分类表

表2荷载和边界条件的组合

此外，需要说明的是，在对轨道梁100的顶面1进行反拱设计时，可以考虑线路竖曲线、线路超高和超高分配原则等的影响，下面，对这些影响因素进行具体分析。

具体而言，轨道梁100的形态与线路形密切相关，除了利用数值模拟计算得到轨道梁100在各个阶段的初始形态数据外，还要考虑线路竖曲线在轨道梁100上的实现，线路超高的设置及分配方式。如图8和图9所示，为凹凸曲线反拱设计示意图，预拱值＝轨道梁100受力的预拱值+凹竖曲线预拱值/-凸竖曲线预拱值+超高引起的预拱值，在没有竖曲线及超高的轨道梁100，其相应的预拱值为零。

例如图8所示，对于凹竖曲线线路而言，如图8(a)所示，预拱值＝轨道梁100受力的预拱值(△P)+凹竖曲线预拱值(△R)+超高引起的预拱值(△C)，最终获得的轨道梁100的制作形态B为图8(b)所示。例如图9所示，对于凸竖曲线线路而言，预拱值＝轨道梁100受力的预拱值(△P)-凸竖曲线预拱值(△R)+超高引起的预拱值(△C)，最终获得的轨道梁100的制作形态B为图9(b)所示。

如图10所示，超高分配原则为：垫石300和轨道梁100的超高率之和应满足线路超高的要求，图10中，L1区域为圆曲线区域，L2为缓和曲线区域，垫石300和轨道梁100超高的分配原则采用最小超高率法，即线路中某一榀梁两端的超高率较小值设置在垫石300上，剩余部分的超高率设置在轨道梁100上。这样的分配方式优势在于，在架梁阶段或者运营阶段，线路超高处于可调节状态。采用最小超高率法，对于曲线梁(包括直缓、缓圆、缓和曲线和圆曲线梁)在支垫石300设置超高后，轨道梁100将以梁两端的支座400垫石300中心点连线为旋转轴，以支座400垫石300横向坡度为旋转角而旋转，即轨道梁100跨中将会被抬高，同时轨道梁100的顶面1中心线将偏离原线路设计的位置。为消除轨道梁100跨中将会被抬高的影响，采取在轨道梁100的顶面1设置一定的预拱度以消除跨中的抬高量。

对于圆曲线梁来说，如图11(a)和11(b)所示，将轨道梁100的制作形态B设计为，轨道梁100顶面1各点由垫石300超高引起的反拱值ΔC的计算公式设计如下：

ΔC＝R·[cos(ΔL/R)-cosβ]·sinθ，结合图14，ΔL为轨道梁100中心轴线的纵向长度，R为轨道梁100的平面曲线半径，θ为梁超高率引起的角度，β为支座400中心点连线的旋转轴对应的二分之一圆心角，从而可以获得如图11(c)和11(d)所示的成桥形态C的轨道梁100。

图11(a)和图11(c)为轨道梁100的正面图，即在上述XOZ坐标系观察的视图，图11(b)和图11(d)为轨道梁100的截面图，即在上述YOZ坐标系观察的视图。对于组合曲线梁(包括直线、缓和曲线和圆曲线组合的梁)的垫石300超高引起的反拱值ΔC计算方法如下：ΔC＝a·sinθ，其中，a为计算点垂直于旋转轴的长度；θ为梁超高率引起的角度。

如图12所示，对制作形态B的轨道梁100进行设计时，建立线型控制基准坐标系XOY，以底面3中心线为基本坐标系展开设计，推导得到台车面放线中心线的位置以及轨道梁100端模6及支座400的相对位置，例如图中所示的A、B、C、D、E、F、A’、B’、C’、D’、E’、F’点的位置，以匹配施工工艺、线路线形、轨道梁100结构的要求，根据端模6及支座400的相对位置，在后期的各个阶段可以检测梁长，顶面1线形等关键数据。

由于压缩、徐变，载荷等因素随时间变化，他们造成的端模6倾角也随时间变化，即发生在轨道梁100的全寿命周期中(通常取脱模、初张前后，终拉前后、4周、2个月，出厂时(104天)的端模6倾角，并因此计算相应阶段的压缩量值，如图13所示，对制作形态B的轨道梁100进行设计时，在XOZ坐标系中，将端模6倾角α与轨道梁100的顶面1收缩量ΔL1、轨道梁100的底面3的收缩量ΔL2设置为符合以下的关系：

ΔL₁＝ΔL-(H·tanα)/2，ΔL₂＝ΔL+(H·tanα)/2，其中，α为端模6与Z轴的夹角(rad)，大小里程侧的端模6夹角α和α’根据线路的不同而不同，H为梁高(m)，ΔL为轨道梁100的中心轴线的单侧伸缩变化。

此外，曲线梁还存在端模6转角，轨道梁100的端面2与线路存在关系：如在XOY坐标系中，保证轨道梁100的端面2与设计线路平面曲线垂直，如在XOZ坐标系中，保证端模6倾角与纵断面线路垂直，如在YOZ坐标系中，保证端模6转角与轨道梁100超高率相匹配，即：tanθ＝c％，式中：θ为端模6转角，即端模6相对Z轴的转角；c％为梁端面2处的轨道梁100超高率。

因此，在上述轨道梁100的制作方法中，本申请提出了还可以分别调节纵向两侧的端模6在XOY坐标系中的位置以及相对所述Y轴的倾角，分别调节纵向两侧的端模6在YOZ坐标系中的位置以及相对所述Z轴的倾角。由此，可以符合曲线梁的设计要求。

在本发明的一些实施例中，在XOZ坐标系中，将轨道梁100的制作形态B设计为：轨道梁100的顶面1横向两侧边缘的线型均符合挠度曲线函数：P＝ax^1.35。由此，如前文的描述可以理解，可以有效地保证在成桥形态C下，轨道梁100的顶面1横向两侧边缘均相对X轴平行，从而符合轨道梁100的成桥形态C要求。

例如，在进行上述数值模拟的过程中，可以先计算出图5(b)所示的最终形态D中挠度的变化，然后根据X坐标值对应的挠度，推出系数a，之后可以采用系数a获得挠度曲线函数：P＝ax^1.35，以设计出制作形态B的轨道梁100。此外，需要说明的是，轨道梁100的顶面1横向两侧边缘的线型可以相同，也可以不同，需要根据线路的实际情况计算获得。另外，还需要说明的是，该挠度曲线函数，并不是通过有限次实验可以推导获得的，而是申请人创造性地发现的。

由此，根据本发明实施例的轨道梁100的设计方法，通过计算得出不同线形桥梁在全寿命周期内跨中的挠度P，用挠度曲线函数：P＝ax^1.35设计制作形态B的轨道梁100的顶面1线型，同时考虑超高的影响，将轨道梁100的顶面左侧边缘11和顶面右侧边缘12的梁高线型分别单独计算，利用侧模5顶端的线型板7调节顶面1线形，符合预拱及超高，利用端模6修正轨道梁100的压缩量及端部倾角，从而使得制作形态B的轨道梁100的顶面1符合设计要求，从而使得最终获得的成桥形态C的轨道梁100的顶面1不平度基本满足规范要求的3mm/4m。

综上所述，本发明是基于早龄期混凝土材料特性增长规律为基础，根据线路平、纵断面要素，推导出轨道梁100多形态演变机理和不同时态的瞬时结构变形。通过控制轨道梁100初期形态的端模6倾角、梁(弧)长、梁宽、半径、压缩量、顶面1预拱量和超高值等数据对轨道梁100进行反向修正，然后经过比较成熟的养护工艺及检测方法，一次浇筑形成线型精度高的轨道梁100，此方案经验证，可以大大提升轨道梁100的线型质量。

本发明与相关技术中常规的设计方法的区别在于，本发明采用逆向思维，推导出轨道梁100在制造过程中在各个阶段的线型模型，结合设计条件和施工工艺，巧妙地设计出制作形态B的轨道梁100的顶面1挠度曲线函数：P＝ax^1.35，以严格控制轨道梁100的制作形态B，接着通过标准养护及检测各个阶段对线型参数的控制，使得轨道梁100在成桥形态C中，线型能够符合一次性浇筑成型要求，且线型控制的精度高，模板周转周期变短，提高生产力，符合大批量生产要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种轨道梁，其特征在于，将所述轨道梁的底面中心点定义为原点O，将所述轨道梁的纵向定义为X轴方向，将所述轨道梁的横向定义为Y轴方向，将所述轨道梁的竖向定义为Z轴方向，所述轨道梁具有制作形态和成桥形态，在XOZ坐标系中，

在所述制作形态下，所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均为中部沿所述Z轴下凹的曲线，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴倾斜，且沿着从所述轨道梁的顶面到底面的方向，所述轨道梁的纵向两侧端面之间的距离逐渐增大，

在所述成桥形态下，所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均相对所述X轴平行，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴平行。

2.根据权利要求1所述的轨道梁，其特征在于，在XOZ坐标系中，在所述制作形态下，所述轨道梁的底面横向两侧边缘均相对所述X轴平行。

3.根据权利要求1所述的轨道梁，其特征在于，在XOZ坐标系中，在所述制作形态下，所述轨道梁的顶面横向两侧边缘的线型均符合挠度曲线函数：P＝ax^1.35。

4.一种轨道梁的制作方法，所述制作方法用于制作根据权利要求1-3中任一项所述的轨道梁，其特征在于，包括制作步骤：

分别调节横向两侧的侧模的顶端的线型板的线型；

分别调节纵向两侧的端模在XOZ坐标系中的位置以及相对所述Z轴的倾角。

5.根据权利要求4所述的轨道梁的制作方法，其特征在于，包括制作步骤：

分别调节纵向两侧的端模在XOY坐标系中的位置以及相对所述Y轴的倾角，

分别调节纵向两侧的端模在YOZ坐标系中的位置以及相对所述Z轴的倾角。

6.一种轨道梁的设计方法，其特征在于，包括设计步骤：

对理论形态的轨道梁进行全寿命周期线型变化计算，获得轨道梁的最终形态的顶面的线型变化和纵向两端面的线型变化，根据所述顶面的线型变化和所述纵向两端面的线型变化，对所述理论形态的轨道梁进行反向设计，获得反向设计后的制作形态的轨道梁，以使得所述制作形态的轨道梁在成桥之后，形成的成桥形态的轨道梁的顶面的线型和纵向两端面的线型，符合所述理论形态的轨道梁的顶面的线型和纵向两端面的线型要求。

7.根据权利要求6所述的轨道梁的设计方法，其特征在于，将所述轨道梁的所述理论形态设计为长方体，将所述轨道梁的底面中心点定义为原点O，将所述轨道梁的纵向定义为X轴方向，将所述轨道梁的横向定义为Y轴方向，将所述轨道梁的竖向定义为Z轴方向，在XOZ坐标系中，将所述轨道梁的所述制作形态设计为：所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均为中部沿所述Z轴下凹的曲线，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴倾斜，且沿着从所述轨道梁的顶面到底面的方向，所述轨道梁的纵向两侧端面之间的距离逐渐增大；将所述轨道梁的所述成桥形态设计为：所述轨道梁的顶面横向两侧边缘均相对所述X轴平行，所述轨道梁的纵向两侧端面均相对所述Z轴平行。

8.根据权利要求7所述的轨道梁的设计方法，其特征在于，在XOZ坐标系中，将所述轨道梁的所述制作形态设计为：所述轨道梁的底面横向两侧边缘均相对所述X轴平行。

9.根据权利要求7所述的轨道梁的设计方法，其特征在于，在XOZ坐标系中，将所述轨道梁的所述制作形态设计为：所述轨道梁的顶面横向两侧边缘的线型均符合挠度曲线函数：P＝ax^1.35。

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