CN116034196A - 具有高的中央墙型梁的桥大梁 - Google Patents

Abstract

本发明内容提供了一种改进的大梁桥结构的设计，该结构包括一个高而窄的中央墙型梁，该梁将两个相对的行车道分隔开，在桥的每一侧上设有低矮的护墙，带有可选加热路面的开放式甲板、自动驾驶导向、和电气导轨。该设计的目的包括：（1）通过高而窄的中央墙型梁最大程度地提高强度质量比和刚度质量比的结构效率；（2）通过中空的甲板使大梁桥的重量更轻；（3）通过改进的甲板和大梁结构，提高了抵抗风荷载的能力，通过使风流过开放式甲板，减少大风产生的涡流；（4）为在中央高箱型梁的迎风侧和背风侧的车辆提供更安全的行驶；（5）为中空且加热的甲板上的车辆提供更安全的行驶，该系统可快速将雨、冰雹和雪中的水清除掉；（6）降低带有中央墙结构的桥梁的甲板高度，以提高空间利用率；（7）提供可靠的自动驾驶参考，并能够在中央墙型梁和护墙上安装传感器、无线信号适配器以及交通标志/信号，它们可以为无人驾驶车辆提供更好的可靠参考；（8）因为能够实现大跨度和/或纤细桥墩，所以减少了对地面交通的干扰；（9）结合本发明的改进，减少了桥梁结构的维护；（10）改善结构的美学外观，减少风景遮挡，并使其更加引人注目。

Description

具有高的中央墙型梁的桥大梁

技术领域

本发明内容涉及土木工程、建筑设计、城市规划、公共交通系统、道路设计、建筑施工、桥梁结构设计、梁设计、空气动力学、交通效率、交通安全、自动驾驶车辆、独立车轴延伸、特别是带有中央墙型梁和开放式甲板的桥梁大梁设计，可用于自动驾驶客车，橡胶轮列车以及其他车辆。

背景技术

高架道路或桥梁是整个长度上的高架道路。通常通过建造高架桥来实现这一高度，一般以长墩桥的形式。从技术上讲，整个高架道路是一个桥，通常被建造在诸如河流、山谷或道路等物理的障碍物上，提供跨越障碍物的通道。所有本发明内容将同等地应用于桥梁、高架桥和高架道路。为了保持简单性和通用性，术语桥将在本发明的上下文中被主要提及，可与高架桥和高架道路互换。每当使用术语桥梁时，术语高架桥和/或高架道路在下文中也可能被隐含包括在内。

改善桥梁的结构设计是持续需求，以便能够以更好的耐候性、更大的跨距、更好的结构质量、可负担的价格、降低的建造难度以及更快的建造速度来建造桥梁。桥梁具有多种结构形式，其特征在于它们如何分布力，例如：弯曲、拉伸、压缩、剪切和扭转。最常见的结构形式包括但不限于梁、悬臂、拱形、桁架、悬索和斜拉桥。可使用各种建筑材料来建造这些结构。用于现代桥梁施工的最常见材料是混凝土、钢，或两者的组合（钢筋混凝土）。在后者的情况下，钢的抗拉强度和混凝土的抗压强度共同作用，以使构件在相当大的跨度内承受桥梁应力。由于缩短了施工时间，降低了制造和维护成本，混凝土和钢筋混凝土都成为了世界上最常见的桥梁建筑材料。总体而言，所使用的材料、结构元素以及所运载的物品（即乘客或车辆）会影响桥梁结构的设计。

梁桥由横跨支撑子结构（例如桥台或墩）铺设的一个或多个梁组成。在桥的每一端，桥台支撑整个桥的端部，而桥墩则支撑桥台之间的每个跨度。梁桥以其简单、易构造和低成本而著称。现代的梁桥包括称为大梁桥的子类别，该子类别使用大梁支撑桥的表面。桥面也称为桥甲板。每个大梁将甲板的载荷力向下传递到其桥墩。大梁支撑重量的能力取决于其形状、材料和高度。大梁桥的性能也受大梁跨度和桥上交通的影响。

用于轮胎式车轮交通桥梁的三种常见的梁类型，包括：工字梁、T型梁和箱型大梁。工字梁：工字形的梁的顶部和底部都有法兰；这种梁由于其简单的设计和较低的成本而最为常见。它们通常用于常规的轧制型钢和替代的板梁桥设计中，板梁用钢板构成工字梁的法兰。总体而言，这种梁设计在给定的体积下具有较高的惯性矩，因此，在平行于腹板的弯曲和剪切力作用下具有更高的稳定性。它们也更便宜、更易于构建和维护。但是，这些梁不能抵抗扭曲或有效地承受扭转。T型梁：“T”形的梁在顶部有一个法兰；这些梁具有较高的抗压强度，可以抵抗剪切应力。但是，它们不能像工字梁一样承受拉力；顶部安装桥面的倒T型梁可缓解此问题。箱型大梁：多层墙在大梁结构中形成管状外壳。它们比其他大梁更好地抵抗扭转，并且可以承受更大的载荷。每个大梁在单位面积上的强度也更高，并且由于大梁不是在现场制造的，因此品控更好。由于较少裸露的表面和边缘，箱型大梁对支撑点的要求降低了，并且所需维护更少。然而，由于所需的材料量，制造更加昂贵，特别是钢制梁的制造。维护虽然不那么频繁，但由于需要进入箱型梁内部的密闭空间，使得维护工作更加困难。

不管设计上的变化如何，现有的大梁桥结构都面临多重挑战。首先，桥梁的每个大梁都很重，因此需要与大梁集成在一起的结构支撑设计，以稳定和支撑桥梁。结构支撑通常需要额外的垂直空间，从而导致桥梁结构的垂直高度更高。如果在现有桥梁上方建造另一个桥梁，则较高的桥梁通常不太安全，并且需要更高的净空。

其次，重型大梁在一定的距离内需要更多的支撑子结构（主要是墩）。换句话说，它最终限制了两个相邻墩距的距离。因此，需要更多的墩和更短的主梁跨度来覆盖较长的距离。结构支撑包括支撑格构构件或桁架。格构构件或桁架可以分配作用在桥上的压力和拉力。然而，它们的作用是有限的，并且，它们最终不能解决从一个桥墩到下一个桥墩的梁桥的有限跨度问题。

第三，较重的大梁需要更多的建筑材料、更长的建造时间和更多的维护。对于钢桥尤其如此。降低这些成本的一种方法是使用混凝土作为主要的结构材料。但是，混凝土更脆，不能承受钢所能承受的高拉力。如上所述，用于协助支撑桥梁重量的现有解决方案增加了总成本和材料。如果可能的话，从整体上设计改进，将会使梁桥更轻便，从而更具成本效益。

现有桥梁的第四个主要问题是它们对强风力的承受力。来自强风的动能在撞击表面（如桥面）时被转化为压力，以下称为风荷载。风荷载的典型公式（也被称为阻力方程）如下：F=(Cpv²A)/2，其中F代表作用在给定物体（如墩、桥）的表面积A上的风力或风载荷。这个风荷载还包括阻力系数C、风速v和空气密度p；后者是一个大约1.2kg/m³的常数，但可以根据温度而变化。因此，更高的风速或更大的表面积会使风的力量产生更大的影响。C是阻力系数，阻力系数主要随桥梁形状、倾斜度和大小而变化。低阻力系数的桥梁形状设计会使风的影响降低。

在流体动力学领域中，涡流是流体的圆形运动和通过旋流的反向流动，其在流体经受湍流状态时产生。通过该运动流体，在物体的下游侧形成没有下游流动的流体的空间。障碍物后面的流体随后流入空隙，该空隙在障碍物的每个边缘上形成流体漩涡。之后不久，朝着障碍物的后面形成一小段逆流的流体。这种现象自然可以在面对风的大型桥梁结构的后面观察到。为了桥梁和交通的安全，许多强涡是有害的。减少阻塞进风结构的有效表面积是衰减或消除有害涡流的关键。

通常，风荷载在桥梁结构中产生明显的振动。这些振动可能会破坏桥的稳定性，并最终影响其结构完整性，尤其是在桥跨度较大的情况下。在某些情况下，桥梁的凸缘可能会横向弯曲。总体而言，桥梁的使用寿命会缩短，因此持续维护的成本会增加。当共振会放大风荷载对桥梁的影响时，其结构的完整性应受到更多关注。如果外部能量等于或接近自然频率，则当外部能量以其固有频率存储，放大并传输到对象时，就会发生共振。在桥上行驶车辆时，风的振动相对较小；但是，如果桥梁的自然振动恰好与风振动的频率相匹配，则较小的风能会在短时间内叠加到现有的振动中，从而产生更大的振动。在这种情况下，结构的振动会变得足够强，以至于损坏桥结构，并可能最终导致桥梁坍塌。一个典型的例子是1940年塔科马海峡大桥因共振而被破坏。这座桥有一个加强甲板的桁架，可以承受风荷载，但是，桁架不足以支撑整个桥梁。导致振动增加的其他因素包括风速和风撞击桥梁的角度。

风还可能在较高桥梁上引起交通和安全问题。由于车辆在高架道路上行驶，而高架道路的高度比周围的树木，建筑物等高，因此侧风效应对车辆的安全驾驶起着重要作用。万一车辆受到风力的影响，车辆可能会发生侧翻、旋转或被吹出桥面的危险。特别是当车辆又高、又窄、又轻时，其驱动能力最终会由于牵引力的损失而降低。

减轻交通上的风负荷的现有解决方案是使用诸如风栅栏的风障，其可以提高车辆安全性。该防风栏安装在道路两侧，以减少车辆的风荷载，从而防止突然晃动，并总体上提高了空气动力学稳定性。但是，现有的防风栅设计仅对于高度较低的桥梁以及弱风和较好地质条件的地区效果较好。此外，现有的挡风玻璃墙设计不能减轻振动本身，并且，如果挡风板太高会增加桥梁的风荷载。

桥梁上的雨、冰雹和雪造成行驶更加困难，且还影响着桥梁结构。过多的水分可能导致钢部件腐蚀，从而降低材料的有效性并导致结构变形。如果水不能适当地从桥中排出，积水也会导致钢部件腐蚀。在冰冻条件下，桥面上的水（例如积水）可能冻结成冰，从而造成驾驶危险。此外，积雪和冰意味着桥梁的甲板需要通过扫雪进行更多维护。加热的桥面可以帮助快速融化冰雪。

当车辆相遇时，施加在它们上的空气动力对车辆操纵稳定性具有显着影响，特别是当车辆高、窄、轻、超速并且彼此靠近的时候。当两辆汽车以相反的方向彼此交会时，会在它们之间的狭窄空间中引起强烈的湍流。湍流使车辆晃动，并导致轮胎失去对地面的抓力。

为了减少或消除车辆正面碰撞的风险，两个相对车道之间的较宽空间是现有解决方案之一。路面加宽对于地面交通来说很常见；然而，更宽的空间将大大增加高架结构的成本。另一个解决方案是使用障碍物（例如花坛或泽西路障）分隔两条车道。然而，物理屏障的增设将导致额外的建造成本。

泽西（Jersey）路障是防止沿相反方向行进的车辆之间的正面和侧面碰撞的一种物理屏障。此障碍是放置在分隔交通的道路中间的较低的混凝土或塑料障碍。因此，正面碰撞、侧面碰撞以及与相对车道的交叉都会保持在最低限度。泽西障碍的高度（大约80厘米）足以保护较小的车辆，但是，它不适用于大型车辆，例如公共汽车和卡车；这些大型车辆可能仍会越过障碍物、进入到另一车道。在极端天气（例如龙卷风和飓风）的情况下，如果锚固不当，路障也可能被吹走。此问题进一步减慢了交通，并增加了发生事故的可能性。与泽西路障相似的较高路障，可能会成为大梁桥上更好的交通分割装置。桥路外侧的类似路障的矮墙称为护墙。

自动驾驶车辆与桥梁结构上的融合也是很重要的考虑。无人驾驶汽车（SV），也称为自动驾驶汽车（AV），通常使用摄像头以及许多其他传感器来连续感应周围环境、并据此驾驶。当有建筑物等明显的地标时，自动驾驶功能将发挥最佳作用，无人驾驶汽车也可以使用桥面的车道。在恶劣的天气条件下，由于车道的能见度降低，相机无法轻松查看周围环境；在眩光的情况下，这种可见性也会降低。因此，照相机和自动驾驶车辆的内部系统被周围区域的参数所混淆。如果有外部设备和驾驶参考来引导自动驾驶车辆，则可能有助于在桥上自动驾驶的应用。

由于上述问题，需要大量维护以确保桥梁结构的结构完整性和稳定性符合标准。这意味着要进行周期性的检查以确保没有松动、腐蚀或损坏的部件。如果存在任何损坏的部件，则意味着需要更多的材料和人工来修理或更换损坏的部件。如前所述，和天气相关的维护，尤其是桥梁甲板上的雪和冰，也需要清除以保证交通安全。此外，由于需要分流交通，对桥面进行定期维护也意味着交通效率的降低。为了减少结构和安全性所需的维护需要，对桥梁结构需要进行重大改进。

最后，现有的大梁桥设计通常具有较大的体型，经常遮挡城市景观，相对的令人感觉窒息。总体而言，它在其所在社区中并不是一个令人赏心悦目的结构。此外，维护成本可能使其无法成为社区理想的长期投资。但是，与现有梁桥设计的结构缺陷和可能的安全性问题相比，美学问题所占比重较小。

本发明提供了一种高强度的大梁桥设计，其以新颖的大梁结构改进了当前的混凝土和钢桥梁解决方案。大梁由一个高大的中央墙型梁、两个护墙、带有可选加热轨道的开放式甲板、自动驾驶汽车的驾驶导向以及电动汽车的电气轨道组成。得益于这种独特的设计，桥梁结构现在通过更稳定的结构、使用更少的材料以及更少的建造和维护成本来解决了问题。新的大梁本身比现有结构更轻，占用的垂直空间少得多，并且可使支撑墩之间的梁跨度更长。新的桥梁设计可以抵抗更大的风荷载；因此，由于开放式甲板允许风流过并防止在车辆下方形成涡流，因此提高了车辆的安全性。雪、冰雹和雨水也可以穿过开放式甲板，从而进一步提高了桥上的车辆安全性。本发明中的桥梁设计还极大地便利了自动驾驶车辆和技术。得益于桥面板中间的电气导轨，电动汽车可通过集电靴获取电力。此外，新设计不仅适用于自动驾驶客车和橡胶轮列车，还适用于具有独立动态轴调节系统的车辆。

发明内容

本发明所采用的技术方案是：该具有高的中央墙型梁的桥大梁包括在两个桥墩之间的、用于运输车辆的具有第一和第二轮迹的桥大梁，其特征在于：位于桥中间的中央梁；

其中，中央梁具有与车辆相当的或比车辆更高的高度；

其中，中央梁的宽度窄并且内部可以是中空的；

其中，中央梁用于悬挂和支撑桥梁的大部分重量和载荷，并将其向下传递到桥墩；

位于中央梁一侧的第一道路甲板；

其中第一甲板包括用于车辆交通的第一方向的第一车道；

其中第一车道包含第一和第二轨道；其中，第一轨道位于车辆的第一车轮路径下方，第二轨道位于第二车轮路径下方；

其中，第一甲板在第一车道的第一和第二轨道之间是敞开的并且是中空的，并且允许空气、雨水或雪流过。

进一步的，其中，第一护墙在一侧的端头；其中第一护墙低于中央梁并且内部可以是中空的。

进一步的，其中，所述大梁与多个大梁节段组装在一起；其中一个完整的梁桥可以用多个所述的大梁建造；其中每个所述的大梁由位于大梁两端的、并在大梁下面的一对桥墩支撑；其中相邻的所述大梁可以共享同一桥墩。

进一步的，其中，所述中央梁包含横向肋结构，以提高强度、抵抗扭曲。

进一步的，其中，所述中央梁具有孔，所述孔容纳预应力钢缆或钢筋，以支撑所述中央梁和甲板。

进一步的，其中，所述中央梁和第一护墙通过檩连接；其中檩连接第一车道中的第一和第二轨道。

进一步的，第二道路甲板在中央梁的另一侧；其中第二甲板包含用于第二方向的车辆行驶的第二车道；其中第二车道包含第三和第四轨道；其中，第二甲板在第二车道的第三和第四轨道之间是开放且中空的，并允许空气、雨水或雪流过。

进一步的，其中，所述大梁桥结构在所述另一侧向端部包括了第二护墙。

进一步的，其中，所述第一轨道配备有第一自动驾驶车辆（AV）参考导向，并且，第二轨道可以配备有第二自动驾驶车辆参考导向；其中，自动驾驶车辆参考导向可确保车轮保持在各自的范围内。

进一步的，其中，所述参考导向在所述中央梁和/或护墙的旁边或一部分；其中，所述参考导向可以配备有相关设备或可以被相关设备检测；其中该设备可以安装在车辆上或在大梁桥结构上；其中，该设备可以检测、报告并响应不利的天气条件，例如雨、冰雹、雪或雾；其中该设备可以是传感器、无线数据通信设备，交通标志或信号；其中传感器可以用于视觉检测或参数测量；其中视觉检测可以监视交通和桥梁状况；其中，参数测量可能包括测量距离、风向和风速，进来的车速以及桥梁的总负载；其中，无线数据通信可以包括与车辆的发送和接收通信，与交通状况、天气、地图、车辆需求和车辆状况有关的数据；其中，交通标志和信号灯调节交通流量。

进一步的，其中，所述轨道的表面可以用沥青、混凝土、金属、工程塑料、橡胶或其他人造材料铺成；其中，轨道可以安装有加热装置，该加热装置由电、天然气或其他能源驱动；其中加热可用于融化雪或冰或使雨水变干。

进一步的，其中，每条车道中有两条带电滑轨，以通过集电靴为电动汽车（EV）供电；其中，带电轨道通过紧固件和隔离装置（例如螺栓，螺母，垫圈，弹条，支架和/或塑料垫）安装。

进一步的，其中，所述车道被指定用于特定的应用；其中，该应用包括使用客车、橡胶轮胎列车、高速车辆和低速车辆的公共交通；以及其他使用微型厢式车、旅游车、轿车、SUV、货运卡车、厢式货车和皮卡车的运输。

进一步的，其中，所述轨道可以用于运输具有动态车轴系统的电动车辆；其中，动态轴系统可通过独立轴使车辆两侧的车轮向外延伸（或向内缩回）；其中的传感器可测量从车辆到中央梁和车辆到护墙的距离，从而为车辆的转向控制系统提供可靠的参考，并防止车轮与驱动参考导向发生物理接触。

进一步的，其中，所述桥梁大梁下方的地面道路表面可以被规划为至少一条双向左转车道，以改善地面交通；其中自然光可以透过开放式甲板。

进一步的，其中，所述中央梁用作并替代任何其他形状的梁结构，例如箱型，T型梁或工字梁。

进一步的，其中，所述檩的截面形状可以是矩形、I形、T形、三角形、梯形、椭圆形或其他形状。

进一步的，其中，所述桥墩是具有实心或空心填充的钢筋混凝土；其中，立柱的截面形状为矩形、八边形、圆形或椭圆形。

一种在两个桥墩之间建造大梁桥的方法，该桥用于具有第一和第二轮迹的车辆的交通，包括如下步骤：

提供位于桥梁中间的中央梁；

其中，中央梁具有与车辆相当的高度；

其中，中央梁的宽度较窄；

其中，中央梁用于悬挂和支撑桥梁结构的大部分重量和载荷，并将其力向下传递到桥墩；

在位于中央梁一侧的桥上提供第一道路甲板，并在位于中央梁另一侧的桥上提供第二道路甲板；

其中第一甲板包含第一车道；其中第一车道包含第一和第二轨道；其中第二甲板包含第二车道；其中第二车道包含第三和第四轨道；其中，第一和第三轨道位于车辆的第一轮路径下方，第二和第四轨道位于第二轮路径下方；

其中，第一甲板在第一车道的第一和第二轨道之间是敞开的和中空的，而第二甲板在第二车道的第三和第四轨道之间是敞开和中空的；其中，空气，雨水或雪可以从第一和第二甲板的中空部分流过；

在非现场预浇铸多个原始大梁段；

其中，大梁段包含所述中央梁和甲板的一部分；

创建一组巨大大梁段；其中巨大大梁段根据需要连接两个或更多个所述原始大梁段；

在进行大梁桥安装过程后，使用原始大梁段和巨大大梁段建造大梁桥。

进一步的，上述方法中，所述大梁桥的安装过程包括：

提起大梁段和/或巨大大梁段，并将它们暂时固定到位；

连接大梁段、并安装后张拉电缆，以形成跨度并成为大梁；

重复操作，依次推进并固定每个大梁，直到整个桥完成。

本发明的有益效果：本发明内容提供了一种改进的大梁桥结构的设计，该结构包括一个高而窄的中央墙型梁，该梁将两个相对的行车道分隔开，在桥的每一侧上设有低矮的护墙，带有可选加热路面的开放式甲板、自动驾驶导向、和电气导轨。该设计的目的包括：（1）通过高而窄的中央墙型梁最大程度地提高强度质量比和刚度质量比的结构效率；（2）通过中空的甲板使大梁桥的重量更轻；（3）通过改进的甲板和大梁结构，提高了抵抗风荷载的能力，通过使风流过开放式甲板，减少大风产生的涡流；（4）在中央高箱型梁的迎风侧和背风侧为车辆提供更安全的行驶；（5）为中空且加热的甲板上的车辆提供更安全的行驶，该系统可快速将雨、冰雹和雪中的水清除掉；（6）降低带有中央墙结构的桥梁的甲板高度，以提高空间利用率；（7）提供可靠的自动驾驶参考，并能够在中央墙型梁和护墙上安装传感器、无线信号适配器以及交通标志/信号，它们可以为无人驾驶车辆（尤其是配备动态轴调节系统的车辆）提供更好的可靠的参考；（8）因为能够实现大跨度和/或纤细桥墩，所以减少了对地面交通的干扰；（9）结合本发明的改进，减少了桥梁结构的维护；（10）改善结构的美学外观，减少风景遮挡，并使其更加引人注目。

附图说明

图1是使用本发明的优选实施例构造的大梁桥结构的形状的整体斜视图。

图2是使用本发明的优选实施例的具有中央墙型梁的大梁桥的风效应。

图3是使用本发明的优选实施例构造的中间大梁节段的斜视、前视和截面视图。

图4是不同车辆在本发明的优选实施例的桥面上行驶的正视图。

图5是本发明的大梁桥下的中央车道上、地面车辆在各种情况下如何左转的示例性示图。

图6是在不同高度处的两个交叉的大梁桥的侧视图以及本发明的桥梁与现有的箱型大梁桥之间的高度差的正视图。

实施方式

本文采用的语言仅描述了特定实施例；然而，其不旨在限于本发明的特定实施例。在本发明内，术语“和/或”包括一个或多个相关项目的任何和所有组合。除非指出，否则“一个”、“一种”和“该”可以涵盖本发明内容中的单数和复数形式。还应注意，“他们”或“他们的”现在被互换使用，因为“他们”或“他们的”现在被认为是不分性别的代词。本说明书中的术语“包括”和/或“包含”应指定存在所述特征、步骤、操作、元件和/或组件；但是，它们不排除存在或添加的其他功能，步骤、操作、元素、组件和/或组。除非另有定义，否则本文使用的所有术语，包括技术和科学术语，具有与本发明通常所属的本领域的普通技术人员通常理解的定义相同的定义。还将理解的是，诸如在常用字典中定义的那些术语应被解释为具有与在相关领域和本发明的上下文中所定义的含义相同的含义。除非本文明确描述，否则这些术语将不会以幻想化或过分严格的意义来解释。应当理解的是，说明书中公开了多种技术和步骤，每种技术和步骤都有其各自的益处。每个技术或步骤也可以与单个，多个或所有其他公开的技术或步骤结合使用。为了清楚起见，描述将避免不必要地重复步骤的每个可能的组合。尽管如此，应当理解，这样的组合在本发明和权利要求的范围内。

在下面的描述中，提到特定细节以完全理解本发明。但是，对于本领域的普通技术人员来说可能是显而易见的。因此，可以在不提及这些具体细节的情况下应用本发明。本发明被表示为一种实现。然而，本发明内容不必限于下面的附图或描述所示出的特定实施例。现在将通过指定代表优选或替代实施例的附图来解释本发明的描述。由附图示出的所有相关车辆都是右侧行驶交通（RHT）；但是，本发明内容不必限于右侧行驶交通，它也适用于左侧行驶交通（LHT）。

本发明提供了一种独特形状的大梁桥结构的设计，该结构包括高而窄的中央墙型梁，该高大的中央墙型梁将两个行车道分开，以使车辆沿相反的方向行进，桥的每一侧都有一低矮的护墙，开放式甲板具有可选的加热路面、自动驾驶导向和电气导轨。术语中央墙型梁可与中央墙梁、墙梁和中央墙互换。该设计的目的是通过使用本发明中提供的改进来减轻现有的梁桥设计的问题，该改进包括：（1）通过高而窄的中央墙型梁，最大程度地提高强度质量比和刚度质量比的结构效率；（2）通过中空的甲板使大梁桥的重量更轻；（3）通过改进的甲板和大梁结构，提高了抵抗风荷载的能力，通过使风流过开放式甲板，减少大风产生的涡流；（4）在中央高墙横梁的迎风侧和背风侧的车辆提供更安全的行驶；（5）为中空且加热的甲板上的车辆提供更安全的行驶，该系统可快速将雨、冰雹和雪中的水清除掉；（6）降低带有中央墙结构的桥梁的甲板高度，以提高空间利用率；（7）提供可靠的自动驾驶参考，并能够在中央墙型梁和护墙上安装传感器、无线信号适配器以及交通标志/信号，它们可以为无人驾驶车辆（尤其是配备动态轴调节系统的车辆）提供更好的可靠的参考；（8）因为能够实现大跨度和/或纤细桥墩，所以减少了对地面交通的干扰；（9）结合本发明的改进，减少了桥梁结构的维护。（10）改善结构的美学外观，减少风景遮挡，并使其更加引人注目。

该设计包括位于支撑结构（例如桥墩）顶部的新的大梁设计。可以使用混凝土、钢或两者的组合形式——钢筋混凝土来制造大梁。新的大梁包括一个独特的高而窄的中央墙梁，用于悬挂并支撑两个镂空的甲板：中央墙梁的每一侧各有一个。中央墙型梁也被挖空，因此重量最小。整个大梁上有很多孔，孔中嵌入了钢筋以支撑大梁和桥面。中央墙型梁大约与标准交通高度相同，它充当了隔离交通两车道的屏障。每个中空的甲板都作为单车道的行车道，并朝着一个交通方向行驶。尽管交通方向可以是任意的，但是在本发明的一个优选实施例中，中央墙型梁一侧的方向与另一侧相反。

因为新设计将T型梁，工字梁或箱型梁的支撑结构从大梁底部移动到中心，所以该支撑结构与大多数车辆的垂直高度重叠。它有效地消除了对额外垂直空间的需求，因此，能够以更低的总体轮廓来制造桥梁，其总体高度包括桥梁本身和甲板上车辆的高度。这样可以优化结构效率和空间利用率。

在相同的建造成本的情况下，这种中央墙型梁结构的梁跨度可以比任何其他结构设计更长。大梁跨度越长，支撑所需的桥墩越少。使用更少的桥墩不仅可以最大程度地减少桥梁对地面、道路建设和建筑物交通的干扰，从而可以改善地面上的交通；而且还降低了施工成本，并使整个施工过程更易于实施。由于大梁跨度较大，现在可以在桥下的地面区域设计一条中央车道，也称为中央左转车道和双向左转车道，以方便交通转向。相关内容将在后续的段落和图5中详细说明。

每个中空的甲板，也称为开放甲板，可以分为几个车道。每个这样的车道在中央的大部分是挖空的，形成两个部分的甲板，每个甲板部分都位于车辆的轮路径下方，比如左右轮路径。左右两部分的甲板都与檩连接。在本发明的示例性实施例中，每个甲板仅具有一个车道，一部分甲板位于车道的中央墙型梁附近，另一部分甲板位于车道的另一边缘处的护墙附近。以下，将靠近中央墙型梁的甲板部分称为近中央墙轨道。护墙附近的甲板部分在下文中称为近护墙轨道。护墙板类似中央墙梁的较小版本，位于大梁的远端。两条轨道的表面可以铺有沥青、混凝土、金属、工程塑料、橡胶或其他人造材料。如果在寒冷天气的城市中使用，则可以在轨道上安装由电、天然气或其他能源供电的加热设备。加热用于融化雪或冰，或使甲板表面的雨水变干。每条车道的中央还安装了两条电气导轨，用于为电动汽车提供动力。

近中央墙轨道和近护墙轨道都比车辆的车轮稍宽，并且位于车辆的车轮路径下方。在近中央墙轨道的上方，有一个带有一部分中央墙型梁的自动驾驶导向。它被称为近中央墙驾驶导向。在近护墙轨道的上方，有一个带有一部分护墙梁的自动驾驶导向。它被称为近护墙自动驾驶导向。自动驾驶导向确保车轮可以在各自的轨道上正确行驶。它们对于配备传感器以测量车辆侧面与物体之间距离的自动驾驶车辆特别有用。自动驾驶导向还保护和引导带有动态轴的车轮，使其不会向外移动太多。

这里描述的具体设计仅是为了方便说明本发明的基本思想，而不应被视为对设计选项的限制。这包括机械设计中的变体，以实现相似的特征或功能目的，以及具有不同材料，组件数量，形状，结构和部署顺序的变体，这对本领域普通技术人员而言是显而易见的。

图1示出了使用本发明的优选实施例构造的梁桥结构的独特形状的整体斜视图。桥梁由两个主要部分组成：上层结构（100）和下层结构（104）。上层结构（100）涵盖了从支座垫（102）以上的所有部分。两个相邻子结构之间的上层结构（100）称为大梁。最常见的是，大梁分段浇铸。大梁由一系列大梁节段组装而成，这些大梁节段具有两种类型：端大梁节段（108）和中间大梁节段（106）。下层结构（104）是将载荷从上层结构（100）传递到地面的基础。中间大梁节段（106）的底部和端大梁节段（108）的顶部具有一组孔，以下称为斜拉索孔（156）。斜拉索孔（156）用于固定斜拉索和套管；这将在后续的段落中进行解释。下层结构（104）的地上部分由桥墩或桥台组成。在本发明的后续描述中，术语下层结构和桥墩是可互换的，并标识为（104）。上层结构（100）包括甲板和支撑结构。支撑结构包括主要支撑、次要支撑以及它们之间的连接。主要支撑是称为中央墙型梁或简称为中央墙（110）的墙型梁，其将两个车道分开，以使车辆沿相反的方向行驶。中央墙型梁（110）的内部是中空的腔室（140）。次要支撑包括两个护墙梁（120），也可互换地称为护墙。主要支撑和次要支撑之间的联系是檩（112）。大梁还具有较小的孔，以下称为钢筋孔（150，158），用于布置预应力钢缆或钢筋。钢筋孔（150，158）将在后续的段落中进行解释。

开放式甲板包括近中央墙轨道（146）和近护墙轨道（148）。这些轨道（146、148）充当桥梁每个车道的行车道。靠近中央墙型梁（110）的近中央墙轨道（146）上的路面被称为近中央墙路面（126）。靠近护墙（120）的近护墙轨道（148）上的路面被称为近护墙路面（128）。车轮在这两条路面（126、128）上滚动。以右侧行驶（RHT）为例。左轮行驶在近中央墙路面（126）上，右轮行驶在近护墙路面（128）上。安装在檩（112）顶部的两条电气导轨（116、118）用于为电动汽车（EV）供电。除了檩（112）和轨道（116、118）之外，近中央墙路面（126）和近护墙路面（128）之间的部分是中空的。在本发明中，该镂空部分对于实现大梁桥的开放式甲板概念至关重要。其重要性将在后面的段落中进一步解释。在每条路面（126、128）的旁边设有一个驾驶导向，用作车轮的转向参考和边界：近中央墙驾驶导向（136）是中央墙型梁（110）的一部分，紧邻近中央墙路面（126）；近护墙驾驶导向（138）是护墙（120）的一部分，紧邻近护墙路面（128）。从某种意义上来说，驾驶导向（136、138）的作用类似于路缘石，以确保车轮保持在路面（126、128）的上表面以内。护墙（120）进一步将外侧车轮限制在近护墙路面（128）上，并防止车辆离开桥面。中央墙型梁（110）进一步将内侧轮限制在近中央墙路面（126）上。

电气导轨（116、118）安装在檩（112）的顶部上方。檩用作电气导轨的轨枕。紧固件和绝缘装置，例如：螺栓、螺母、垫圈、弹条、支架、塑料垫等，未在图1中示出。使用电气导轨（116、118）的优点是减少排放甚至没有排放、更高的效率和更低的运营成本。然而，一个主要的缺点是容易发生电力中断。在本发明的替代实施例中，可用一根或多根架空电线部分地或完全地替代电气导轨（116、118）。架空电线的电压将比优选实施例的电压高。但是，架空线的可靠性较差，需要更多维护。此外，由于架空线需要更高垂直空间，架空电线设施对于需要在不同水平上建造多个大梁桥的情况，不是理想的选择。架空电线设备还将受到强风和其他不利天气条件的影响，这可能会导致电力中断，并影响在该桥上为车辆供电的电源。

大梁节段（106、108）具有放置将每个节段连接在一起的钢缆或钢筋的孔。本发明的优选实施例的张紧方法分两个阶段完成。在第一阶段，它包括位于整个梁中的钢筋孔（150），以布设后张紧的钢缆或钢筋。一旦通过钢筋孔（150）安装了钢缆，然后：①放置锚板/块；②使用拉伸机拉伸钢缆；③用楔子锚固钢缆；④将钢筋孔（150）灌浆；⑤修整钢缆末端并加密封盖。一旦通过钢筋孔（150）安装了钢筋，然后：①放置锚板/块；②用拉伸机将钢筋拉伸；③用楔子或螺母锚固钢筋；④将钢筋孔（150）灌浆；⑤修整钢筋末端并加密封盖。钢筋孔（150）的密封/填充和端盖可保护钢缆和钢筋免受腐蚀。构造的第二阶段涉及到中间大梁节段（106）的底部的斜拉索孔（156）和在端大梁节段（108）的顶部的斜拉索孔（156）。这些斜拉索孔（156）固定着包含多根拉索的塑料钢缆管。每根钢缆管都可以用热焊接或胶粘接头。一旦通过斜拉索孔（156）和腔室（140）安装了斜拉索，然后：①放置锚板/块；②使用拉伸机拉伸钢缆；③用楔子锚固钢缆；④管道灌浆；⑤修整钢缆末端并加密封盖。斜拉钢缆管的密封/填充和端盖可保护钢缆免受腐蚀。

在本发明的另一实施例中，涉及到一个浇铸和张紧的阶段施工步骤，其作用是减少现场施工时间，这也减少了端面环氧树脂的使用和大梁几何形状控制。在现场安装之前，可以在地面上连接两个或多个中间大梁节段（106）。为了增加剪切强度，将钢筋部分地安装在钢筋孔（150）中、作为加强件。将连接起来的大梁节段组（以下称为巨大大梁节段）吊起就位。然后，执行涉及到连接和张紧过程的下一个阶段。

本发明改进的大梁的构造通常是通过分段预制来完成的，这可以通过使用龙门架来提升每个大梁节段或巨大大梁节段来架设。此方法是一种行之有效的施工方法，非常适合重复施工以节省时间和资金，尤其是在大梁是非现场预制的情况下。分段预制的其它好处包括最小的干扰、减少环境影响和减少维护。在本发明中使用的架设分段大梁的方法是逐跨方法，这是最常见、最快、最简单和最便宜的架设方法。对于具有多个跨度的较长桥梁，它是理想的选择。该方法的步骤如下：①通过龙门架将节段吊起并暂时固定在适当位置；②安装后张拉钢缆，以使梁段连接形成一跨度大梁；③每个大梁依次安装并固定到位。应当注意，尽管这种构造方法通常对于短跨度便宜，对于长跨度它可能变得昂贵。由于具有轻质结构的新颖设计，降低了建筑设备成本，长跨度的逐跨架设仍旧是本发明的理想选择。

在本发明的又一个实施例中，将使用与节段梁有关的其他架设方法。其它类型的节段梁架设包括：①平衡悬臂架设；②渐进式布置。平衡悬臂：甲板按顺序用起重机、龙门架或举升架竖立在桥墩的每一侧。这些段以交替的方式附接到悬臂的相对端。通过使用此方法，可最大程度地减少荷载不平衡和桥墩的纵向弯曲。对于大跨度的梁或桥梁下方的地面难以进入时（例如崎岖的地形或对环境敏感的区域），此功能特别有用。渐进式布置：大梁段从桥的一端竖起，并沿单个方向顺序放置。在施工期间，将临时墩放在中间。这种构造方法是在单个工作位置完成的，被认为是最耗时的。但是，过程控制更直接，所需设备相对便宜。此外，可以在对环境敏感区域的干扰最小的情况下建造桥梁。

通过改进桥墩（104）和端梁段（108）的设计，桥梁节省了垂直空间，这导致较低的甲板高度和总垂直空间的使用。支座垫（102）支撑甲板底部，甲板下方的中央墙型梁（110）的下部和墩盖的上部使用相同的竖直空间。与现有的箱型梁桥相比，甲板高度降低了，并且改进的大梁桥结构的顶部重量较小，并且由于宽的侧向跨度，与其连接的端部大梁节段（108）更牢固地固定在适当的位置。另外，大梁（100）和桥墩（104）具有对称的结构。假设每个方向只有一个车道，则可以更好地分配负载以提高稳定性。这也使得能够在不同的高度水平上构造多个优选实施例的改进梁桥结构。这将在后续的段落和图6中进行解释。

取决于建造桥梁的周围环境，桥墩（104）的特性也可以变化。在本发明的优选实施例的情况下，钢筋混凝土墩（104）位于地面上并具有实芯的结构、方型的立柱和锤头形的桥墩盖梁。而且，实芯的墩（104）更使空间的利用最小化。在其他替代实施例中，桥墩（104）可以是中空的。空芯钢筋混凝土墩（104）常用于高层桥梁，以最大程度提高强度质量比和刚度质量比的结构效率。但是，空芯墩（104）需要更多地面空间，并且更有可能挡住驾驶员对地面交通的视线。桥墩（104）的柱可以是适合于不同应用的多种形状。柱的截面形状可以是矩形、八角形、圆形、椭圆形等。这些形状可以用于本发明的替代实施例中。

在替代实施例中，可以有两个或更多个车道用于沿相同方向行驶的车辆。每个车道都有指定的应用。例如：一个车道用于公共汽车和橡胶轮列车，另外一个车道用于其他交通。在另一种情况下，一个车道用于高速车辆，另一个车道用于低速车辆。

改进的桥梁结构的设计看起来更加引人注目或更具吸引力。漂亮的外观可能使桥梁获得更多的认可，成为其居住区域的标志性建筑结构。此外，大梁的设计允许在结构本身上应用传感器、无线信号适配器以及交通标志/信号。它们可以安装在中央墙梁（110）、护墙（120）、桥墩（104）等上；这将在后续的段落和图4中提到。传感器还可以与大梁桥结构集成在一起，以检测、报告并防止不利的天气条件，例如雨、冰雹、雪、雾等。

像任何高架结构和物体一样，强风可以将力施加到大梁桥和车辆上。图2示出了风对使用本发明的优选实施例的具有中央墙型梁（110）的桥梁的影响。图2的子图（a）展示了使用实芯甲板时风对桥梁的影响。风流（206）越过护墙（120）并且在甲板（208）和护墙（120）的另一侧上形成背风涡流（216）。越过护墙（120）的风（204）将进一步偏转，并在桥的甲板（208）上产生湍流（214）。这种涡流和湍流会导致将强大的风力施加到桥梁上，晃动甲板，并产生不安全的驾驶条件。风流（202）越过中央墙型梁（110），并且在甲板（210）和中央墙型梁（110）的另一侧上形成背风涡流（212）。背风涡流（212）也可能摇动甲板（210）和车辆，从而产生不平衡的振动。通过的风（202、204、206）越强，桥上的不平衡振动的破坏性就越大。如果墙型梁（110）更高，则与风有关的问题变得更糟。墙型梁（110）越高，破裂的可能性就越大，因为危险扭矩不仅与风强度成正比，而且与墙型梁（110）的高度成正比。此外，如果风的频率接近桥梁的固有频率，那么由风引起的所有振动都可以放大。这会产生共振，并最终损坏并破坏桥梁结构。

图2的子图（b）示出了本发明的优选实施例中对桥梁的风影响。通过优选实施例中的大梁设计，风流（224、226）越过护墙（120），然后被导引至中央墙型梁（110）。由于新颖的开放式甲板设计，风流（224、226）大部分在向下方（234、236）偏转并且通过甲板开口部分（228）泄漏。风流（224、226）可能仍会产生一些湍流，但对桥梁结构的影响要小得多，并提供更安全的行驶条件。同时，略微偏转的风流（222）越过中央墙型梁（110），然后与通过甲板开口部分（230）向上的风流一起越过右侧护栏（120）。由于在中央墙型梁（110）的另一侧采用了新颖的开放式甲板设计，因此也大大减少了危险的湍流和涡流。

图2的子图（a）和子图（b）均未示出当风在梁下方通过时风对桥梁的影响。中央墙型梁（110）和护墙（120）的主要部分在甲板上方。因此，风力的主要作用是作用于甲板上方的部分。少量风在护墙（120）下传播，中央墙梁（110）的下部主体也使风向偏转。这会产生较少的湍流或涡流，对大梁结构的影响也较小。

图3示出了使用本发明的优选实施例构造的中间大梁节段（106）的斜视图，前视图和剖视图。图1中对梁的所有描述也适用于图3的每个子图。图3的子图（a）显示了大梁段的斜视图。在本发明的该优选实施例中，中空的腔室（140）可使人走入以用于斜拉索的安装和检查。檩（112）设计为T型梁，它有较高的抵抗剪切力和抗压强度。在本发明的另一个实施例中，檩的截面形状可以是矩形、工字形、三角形、梯形、椭圆形等。这些形状中的一些具有较小的空气阻力和较少的积水、雪和冰；但是可能导致更高的材料用量。檩（112）除了具有支撑功能外，还用作电气导轨的轨枕。每条车道每侧的驾驶导向（136、138）均用作自动驾驶车辆的参考。这是为了确保其车轮保持在轨道（146、148）内而不会掉落到开放空间中。

本发明的中央墙型梁（110）的设计有三个主要目的：①它为开放结构的大梁和较长的大梁跨度提供了强有力的支撑，具有非常低的甲板高度和较轻的梁重量。如前所述，中央墙梁（110）取代了传统的甲板下的箱型梁，工字梁或T形梁结构。这种低甲板高度的原因将在后面的段落和图6中进行解释。高的中央墙型梁（110）结构使其具有高的负载能力和/或长的跨度。窄的中央墙型梁（110）结构使其占用较少的水平空间。中空的中央墙型梁（110）结构使其自身的重量更低。另外，对称的中央墙型梁（110）设计更好地分配来自车辆的载荷。②它保护在中央墙型梁（110）旁边行驶的车辆免受强风的冲击。驾驶导向引导车轮，并防止车轮横移。较高的中央墙型梁（110）减小了迎风侧车辆和背风侧车辆上的风力；③它在物理上分开、并防止车辆在相反的方向上正面或侧面碰撞。与标准的泽西路障相比，其更高的高度可以将安全保护延伸到较大的车辆，例如：公交客车和用于公共交通的橡胶轮列车。当两辆或多辆汽车相互经过时，中央墙梁（110）降低了由于突然的空气湍流而晃动车辆的可能性。随着开放式甲板的设计，车辆可以在由轨道（146、148）支撑的路面（126、128）上保持良好的牵引力。开放式甲板的细节将在后续的段落中进行解释。

中央墙梁（110）和护墙梁（120）的顶部还可以用于安装外部传感器、无线信号适配器和交通标志/信号，以作为和桥上车辆交流的手段。此类传感器的功能可能有所不同，包括但不限于：视觉传感器，用于监视交通和桥梁状况；风传感器，用于测量风向和风速；超声波传感器，用于检测驶进车辆的车速；挠度传感器，用于检测桥梁的整体负载。无线信号适配器与车辆通信，发送与交通状况、天气、地图数据等有关的数据，并接收与车辆需求、车辆状况等有关的数据。交通标志和信号用于调节交通流量。所有这些传感器对于自动驾驶车辆都非常有用。

图3的子图（b）示出了中间大梁节段（106）的正视图和截面图，图3的子图（a）中对梁的所有描述也适用于此。该子图的前视图还示出了在中央墙型梁（110）的腔室（140）内部的中央墙肋（330）和在大梁的护墙（120）内部的两个护墙腹板（332）。在中央墙肋（330）的底部示出了斜拉索孔（156），其通常在中间大梁节段（106）中。子图（b）还显示了檩（112）上的其它孔。这些孔以下称为檩大孔（340）和檩小孔（342）。一些檩孔（340、342）用于支撑排水槽，其他孔用于支撑电力和信号管道。

图3的子图（b）还示出了标为A-A部分的大梁的截面图。它主要显示了中央墙肋（330）和一个钢筋孔（158），用于固定预应力钢筋或钢缆，以提高抗拉强度。截面A-A所示的钢筋孔（158）穿过檩（112）、护墙腹板（332）和中央墙肋（330）的中间横杆。

中央墙肋（330）和两个护墙腹板（332）使大梁更轻，更紧凑，同时又足够坚固，以支撑大梁和甲板上的负载。如图3的子图（b）中的A-A部分所示，中间大梁节段（106）是对称的。中央墙肋（330）、护墙腹板（332）和檩（112）在大梁段的中分面处；这些部件（330、332、112）用作横向加强部件。由于这种横向加强结构的使用，该设计显著减少了大梁的重量和材料成本。中央墙肋（330）的中间横杆与轨道（146、148）的顶部处于同一水平，这是提高大梁强度的关键，它可抵抗扭曲。在本发明的另一实施例中，中央墙肋（330）的两个或多个横杆可以横跨着铸造在腔室（140）内。更多的横杆将影响人在腔室（140）内的行走。护墙腹板（332）增强了空心护墙（120）的强度。在本发明的另一个实施例中，护墙是实心的，不再需要腹板。

铸造在肋（330）底部的斜拉索孔（156）用于固定斜拉索和管道。仅在整个大梁中间的一些中间大梁节段（106）在肋（330）的底部使用这些孔。对于中间大梁节段（106）的其余部分，斜拉索和管悬垂穿过腔室（140）。在一些中间大梁节段（106）的腔室中，斜拉索通过支架附接到中间大梁节段（106），以均匀地分散梁的支撑。以10段大梁为例。首先，按从1到10的顺序对段进行计数。节段1是最左侧的大梁节段，节段10是最右侧的大梁节段；它们两个都是端大梁节段（108）。斜拉索和管子固定在端大梁节段（108）顶部的斜拉索孔（156）中。节段2至9是中间大梁节段（106），只有节段5和6使用斜拉索孔（156）固定斜拉索和套管。斜拉索和套管贯穿节段2、3、4、7、8和9的腔室（140）。节段3和8通过支架连接到斜拉索。

轨道（146、148）和檩（112）之间的开放空间是成就以下目标的关键：①大梁重量更轻；②车辆和大梁具有更好的抗风荷载能力；③更容易处理雨、冰雹和雪。第一成就：重量轻就意味着减少了建筑材料的数量、易于运输和吊装、建造时间更短和更少的维护。桥不需要支撑那么重的重量，因此更稳定并且使用寿命更长。更长的跨度可以使桥墩（104）之间离得更远。这样的大跨度可以节省施工时间，并且更容易建造。它还允许与地面交通更好地集成，这将在后续的段落和图5中进行解释。

第二成就：开放式甲板防止涡流在车辆下方形成，中央墙型梁（110）减小了向车辆侧面的风力。结果，轨道和路面（146、148、126、128）将车辆保持在适当的位置、并使车轮保持与地面的摩擦。通过使用较高的中央墙型梁（110），进一步防止了车辆相互碰撞。因为墙型梁（110）的高度与公共汽车的高度相同，所以它会遮挡两侧经过的车辆。结果，它将风荷载的影响从车辆转移到了桥上。这两种新颖性的结合意味着，车辆很少受强风和瞬间负压的影响。结果，与大风有关的事故即使没有消除也大大减少了。此外，开放式甲板和中央墙型梁（110）的组合减轻了由风载荷引起的湍流。这样，桥梁结构的振动会大大减弱，即使桥梁的固有频率与风的固有频率相似，振动也很难累积。换句话说，共振不太可能发生。

第三成就：开放式甲板允许雨水、冰雹或雪直接通过桥梁的开放式甲板而无积聚。在冰雹或大雪的情况下，它们会掉在路面（126、128）上、并被加热的路面融化。然后，冰或雪中的水通过甲板的镂空的空间排出。通过这种新颖的设计，车辆可以在不利的天气条件下在大梁桥上行驶。由于加热路面融化了冰和雪，所以路面（126、128）不会阻塞或冻结。因此，加热路面使驾驶更安全，并降低了维护成本。在本发明的另一个实施例中，檩孔（340、342）用于支撑檐槽，以在不利的天气条件（即雨、冰雹或下雪）下，从大梁中收集多余的水。这将在后续的段落中再次提到。

图4示出了车辆在本发明的优选实施例中的桥面甲板的一个车道中行驶的正视图。图4的子图（a）示出了主梁桥的一个车道和在其上行驶的电动橡胶轮列车（402）的正视图。中央墙型梁（110）的高度略低于列车（402）的高度。在本发明的另一个实施例中，中央墙型梁的高度高于列车的高度。较高的墙型梁导致较高的负载能力和/或更长的跨度。车辆（402）具有近中央墙车轮（406）和近护墙车轮（408）。近中央墙轮（406）行驶在近中央墙路面（126）上。近护墙轮（408）行驶在近护墙路面（128）上。理想的情况下，近中央墙轮（406）应始终与近中央墙路面（126）对齐。同样在理想情况下，近护墙轮（408）应该始终与近护墙路面（128）对齐。安装在车辆（402）车身旁边的传感器测量车辆至中央墙型梁（110）和车辆至护墙（120）的距离，这为转向控制系统提供了可靠的参考。它防止了轮子（406、408）与驾驶导向（136、138）物理接触。电气导轨（116、118）用螺栓固定在檩（112）的顶部。轨道（116、118）经由集电靴（416、418）为电动车辆（402）供电。

图4的子图（b）示出了大梁桥的一个车道和电动微型厢式车（422）的正视图，该电动微型厢式车具有动态车轴系统，并在桥上行驶。中央墙型梁（110）的高度略高于微型厢式车（422）的高度。微型厢式车（422）具有近中央墙轮（426）和近护墙轮（428）。近中央墙轮（426）行驶在近中央墙路面（126）上。近护墙轮（428）行驶在近护墙路面（128）上。理想情况下，近中央墙轮（426）应该始终与近中央墙路面（126）对齐。同样在理想情况下，近护墙轮（428）应该始终与近护墙路面（128）对齐。将车轮（426、428）附接到车架的动态车轴系统，可以通过独立的车轴使微型厢式车两侧的车轮（426、428）向外延伸（或向内缩回）。用于近中央墙车轮（426）的轮轴伸出一定距离（440）。用于近护墙轮（428）的轮轴伸出一定距离（442）。随着微型厢式车车轴的延伸，从近中央墙车轮（426）外侧到近护墙车轮（428）外侧的宽度与如子图（a）所示的橡胶轮列车（402）的相应宽度相匹配。独立的轴调节可以确保车轮（426、428）与路面（126、128）完美对齐。安装在车辆（422）车身旁边的传感器将测量车辆到中央墙型梁（110）和车辆到护墙（120）的距离，这为转向控制系统提供了可靠的参考。这样可以防止车轮（426、428）与驾驶导向（136、138）的物理接触。电气导轨（116、118）用螺栓固定在檩（112）的顶部。轨道（116、118）通过集电靴（416、418）为电动车辆（422）供电。

在本发明的替代实施例中，改进后的大梁将可应用于多种类型的车辆。除了上述的电动橡胶轮列车（402）和微型厢式车（422）外，货运卡车、厢式货车、公共汽车、长途汽车、轿车、SUV和皮卡车也可使用改进后的大梁桥。如果应用于重型车辆的情况下，大梁的结构需要更坚固，跨度也需要更短，以使此类重型车辆在桥上安全行驶。对于轮距较窄的车辆，需要动态轴扩展系统来适应桥面板上以较宽距离分隔开的轨道。但是，上述的某些车辆可能是单独供电的，不会通过集电靴从轨道（116、118）获得电力。除了电动车辆外，带有内燃发动机的车辆和混合动力车辆也可以使用该桥，只要它们符合桥的规格即可。

图5示出了在各种情况下地面车辆如何使用本发明的大梁桥下的中央车道左转的示例图。由于本发明中的新的梁桥设计，上层结构（100）重量更轻，并且中央墙型梁的梁高度更高。这种新颖的桥梁设计可显著扩展大梁跨度和使桥墩纤细。跨度较长意味着两个相邻的支撑墩可以彼此远离。较长的跨度和纤细的桥墩便于进行地面交通规划。在本发明的一个实施例中，在本发明的桥梁上层结构（100）的下方有一个五车道公路，它在不同位置处有T形交叉口与小巷相连。中央车道（502），也称为中央左转车道和双向左转车道，是道路中间的一条车道，用于从任一方向左转的汽车。中央车道（502）不需要是连续的，但是大多数情况下，它比常规车道更宽。

图5恰好显示了大梁桥上层结构（100）的一个跨度。在桥上层结构（100）上有行驶的车辆（532）。从图的顶部到底部，在最顶部有一个桥墩（104），在最底部有另一个桥墩（104）。在两个桥墩（104）之间是没有障碍物阻碍的地面交通。交通方向也可以定义为：上北、下南、左西、右东。有两条车道朝北行进，另外两条车道朝南行进。中央车道（502）将这些车道在中间分开，以允许车辆转向较小的小巷（511、515）。因为桥梁上层结构（100）具有开放式甲板，所以自然光可以穿过甲板并照亮整个中央车道（502）。

图5示出了在本发明的大梁桥下车辆利用中央车道左转的两个主要场景。第一种情况示出了在向北的道路的初始位置（504）处的车辆，计划左转进入小巷（511）最终到达目标车辆位置（512）处。为了向左转，车辆必须首先从其初始位置（504）改变车道，并沿着图中所示的路径（506）在下一个位置（508）进入中央车道（502）；理想情况下，车辆在位置（508）时应平行于中央车道（502）的车道边界。然后，车辆（508）等待它左侧南行车道没有车辆经过。当有交通间隔时，则车辆左转以越过两条车道，并按照所示路径（510）在目标车辆位置（512）进入小巷（511）。

第二种情况则示出了在小巷（515）里的初始位置（514）、向西行驶的车辆，计划向左转、到达向南行驶方向的目标车辆位置（522）。要向左转，车辆必须首先观察北行的两条车道。当交通畅通，它从其初始位置（514）沿图中所示路径（516）转向位于中央车道（502）的下一个位置（518）。理想地，车辆在位置（518）时平行于中央车道（502）的车道边界。然后，车辆等待其右侧的南行车道没有车辆经过。当有交通间隔，车辆沿着图中所示的路径（520）驶入目标车辆位置（522）处的相邻右车道。

由于高的墙型梁（110）和轻的上层结构（100）的设计，大梁桥竖立在中央车道（502）上，跨度大且桥墩细长。结果，不需要扩大现有的五车道道路以适应桥墩对地面空间的使用。同样，地面交通驾驶员仍然可以看到周围的交通。换句话说，桥梁不会影响中央车道（502）的功能。此外，其在美学上非凡的外观，容易从远处识别出中央车道（502）或道路中央。通过将公共交通转移在桥上，可以大大改善道路使用效率、交通吞吐量和运输安全性。与大梁桥提供的其他改进相比，美学上的外观改进并不显得十分重要。

本发明的优选实施例考虑了具有五个车道的道路。在本发明的替代实施例中，也可将桥梁建立在具有偶数车道（例如：四个、六个或八个车道）的道路上。尽管桥墩（104）是细长的，仍旧可能需要加宽道路以适应桥墩（104）对地面空间的使用。如果没有交通信号灯或其他信号系统，则可能不允许车辆通过道路中央。为了减轻这个可能的问题，可以在道路的中间设置两条白色/黄色实线，以指示禁止通过。另外，也可设置分隔相反方向交通的路障。由于甲板的镂空部分允许雨水和阳光穿过大梁，因此可以在大梁下方建造花坛以用作路障。

即使开放式甲板设计允许雨水、冰雹和积雪从甲板的中空部分滴落，但它仍然需要能够从中央墙梁（110）、护墙（120）和路面（126、128）收集雨水和融化雪水的排水沟。排水沟可以隐藏在车道（146,148）的中空部分和/或中央墙梁室中。在本发明的又一示例性实施例中，檩孔（340、342）用于支撑排水沟。外部排水沟更易于维修，维护起来更容易。然后，水通过管道排到地下排水沟。排水沟将确保不会有大流量的水、雪和冰块从大梁上掉下，不会干扰下方道路上的驾驶员，尤其是中央车道（502）上的驾驶员。

图6示出了在不同高度处的两个交叉的大梁桥的侧视图，以及在本发明的桥梁与箱型大梁桥之间的高度差的正视图。图6的子图（a）示出了本发明的两个新的大梁跨（600、602）。两个大梁跨（600、602）由跨度的两端上的一对桥墩（104）支撑。子图（a）主要说明了如何将两个或多个中央墙梁桥有效地堆叠起来，以实施城市交通设计规划。第一大梁桥（600）在其开放式甲板上载有自动驾驶的电动公共汽车（606）。第二大梁桥（602）在垂直方向上与第一大梁（600）上方交叉。第二大梁桥（602）在其开放式甲板上载有自动驾驶的电动公共汽车（608）。从第一桥（600）上的公共汽车（606）的顶部到第二桥（602）的中央梁的底部有足够的间隙，第二桥（602）的甲板仍保持较低的垂直高度（604）。

由于本发明中的大梁桥结构（600、602）的先前描述的设计特征，新的大梁可以比传统的箱型大梁、T型梁或工字梁有更低的甲板，并保持相同的桥下对地面的净空，这意味着本发明的新的大梁桥需要的垂直空间较小。换句话说，在传统梁桥所需的相同垂直空间内，新大梁桥可以容纳更多层。较低的甲板高度对车辆和乘客均有利，这使车辆和乘客更容易到达甲板高度。此外，这导致更少的材料使用。

图6的子图（b）显示了新的大梁桥结构（左）和现有的传统箱型大梁桥结构（右）的高度差异。新桥的桥墩（104）的立柱高（628）与其传统桥墩（644）的箱型大梁桥的立柱高（618）相似。在子图（b）中，以柱高（618、628）表示的桥梁净空高度受加拿大高速公路桥梁设计规范的约束，各省之间可能会略有不同。新桥梁结构的升高的甲板高度（620）远低于传统箱型大梁设计的甲板高度（610）。这是因为新的梁不需要传统梁中使用的梁的额外高度，即可达到类似的桥梁强度和可靠性。新的中央墙梁设计的甲板到地面高度（620）是其立柱高度（628）、桥墩盖梁高度（626）和甲板厚度（624）的总和。传统箱型大梁设计的甲板到地面高度（610）是其立柱高度（618）、其桥墩盖梁高度（616）和其箱型大梁高度（614）的总和。新的大梁桥的中央墙梁高度（622）是其甲板到梁顶部的高度（632）和甲板到梁底部的高度（630）的总和。甲板到梁顶部部分（632）与车辆（642）共享相同的垂直空间。甲板到梁底部部分（630）与桥墩盖梁共享相同的垂直空间。节省的高度是新的中央墙梁桥有更低的甲板高度、且占用的垂直空间要少得多的原因。

尽管新的大梁设计（左）的甲板比传统的箱型梁设计（右）的甲板低得多，但是新的梁具有相似或更高的承载能力和/或更长的梁跨度。主要原因如下：①由于截面二次轴距（惯性矩）的特性，梁的高度是影响其承载能力的最重要因素；中央墙梁（110）的梁高度（622）远高于传统的箱型梁的高度（614）。因此，新的中央墙梁比传统的箱型大梁具有更高的承载能力；②结构的总载荷是上层结构的重量加上甲板上车辆的总重量，上层结构本身的重量比车辆的重量大得多；得益于新颖的开放式甲板设计，新的大梁比箱型大梁轻得多，因此，它可以承受比传统箱型大梁更高的来自车辆的载荷。换句话说，如果两个桥具有相同的承载能力，则中央墙开放式甲板梁桥将具有较低的材料要求、较低的成本和/或较长的梁跨度。

由于车辆（640、642）在高架道路上行驶，该高架道路比周围的树木、建筑物等更高，因此侧风影响着车辆（640、642）的安全驾驶。在车辆受到风力影响的情况下，在传统桥面上行驶的车辆（640）有翻倒、旋转或被吹出桥面的风险。新大梁桥上的车辆（642）在中央墙型梁（110）的迎风侧或背风侧行驶。如果车辆（642）在中央墙型梁（110）的迎风侧行驶，则由于气流被中央墙型梁（110）减轻并改变方向，因此导致车辆（642）和中央墙梁（110）之间的空气压力增加。然后，车辆（642）背风侧的高压空气支撑车辆（642）从而抵抗来自车辆迎风侧的气流的压力。即使在风暴中，极强的风会推动车辆（642），然而车辆（642）最终也只能向中央墙型梁（110）侧漂移。近中央墙驾驶导向（136）支撑车辆（642）的车轮；因此，车辆（642）总是安全的。如果车辆（642）在中央墙型梁（110）的背风侧行驶并且被其遮挡，则风力被施加到墙型梁（110）而不是车辆（642）本身。在这种情况下，车辆（642）也是安全的。

本发明的钢筋混凝土大梁可以在现场或非现场制造。在工厂中进行预制的方法可以更好地控制质量并降低生产成本。大梁的构造可分为以下几类：①整体式大梁是在非现场或现场生产，然后架设的；②首先在工厂中制造大梁节段，然后在地面上将大梁段组装成的巨大大梁节段，然后在桥墩（104）上将巨大大梁节段组装成整体大梁；③预制大梁节段，单独提升并组装在桥墩上。

选项一：在工厂或现场生产整体梁，然后将其架设。该解决方案适用于跨度较短、曲线、坡度和叉道的桥梁结构。在制造厂生产大梁既节省成本又节省时间。但是，这导致交通工具使用的更高要求。此外，如果大梁是在现场生产的，则需要较长的建造时间和较大的现场地面空间。另外，它会在生产过程中产生噪音。因此，该选项不适用于在市区中现有道路上建设。

选项二：预制大梁段的生产分为两个阶段。在第一阶段，大梁段在工厂浇筑。在第二阶段，巨大大梁段由两个或多个大梁段组成，并在各相邻段之间浇筑钢筋混凝土。这是根据曲线半径，坡度，长度和支撑点的不同要求完成的。首先，相应地放置和定位大梁节段，在相邻的大梁段之间安装钢模。然后，将钢筋和/或钢缆放置在大梁段的钢筋孔（150）中。然后倒入湿混凝土以填充两个相邻大梁段之间的间隙。用振动器捣鼓混凝土。当混凝土固化后，钢筋和/或钢缆将被拉伸并固定。内部钢筋孔（150）被灌浆以覆盖钢筋和/或钢缆。第二阶段可以在非现场或现场完成。当巨大大梁段被生产后，用专用机械将它们分别提升到预定高度。钢缆安装在其余的钢筋孔（150）中。然后将粘合剂涂抹到接合表面。之后，将钢缆拉伸并固定。然后将钢筋孔（150）灌浆以覆盖钢缆。然后，将斜拉钢索管和拉索安装在中央墙型梁的腔室（140）内。然后将拉索拉紧并固定。斜拉钢索管被灌浆以覆盖钢缆。最后，将管端盖好。钢缆拉伸，锚固和管道填充是此阶段的关键过程。选项二适用于具有大跨度、曲线、坡度和叉道的桥梁结构。如果巨大大梁段在工厂内建造，则会导致大载货量运输。如果巨大大梁段是在现场建造的，则需要较长的建造时间和较大的现场地面空间。另外，它会在生产过程中产生噪音。

选项三：首先，大梁段在工厂浇筑。运送到现场后，用专用机械将大梁段单独提升到预定高度。内部钢缆安装在钢筋孔（150）中。然后，将粘合剂涂抹到接合表面。拉伸内部钢缆并固定。钢筋孔（150）被灌浆以覆盖钢缆。然后，将斜拉钢索管和拉索安装在中央墙型梁的腔室（140）内。然后将拉索拉紧并固定。斜拉钢索管被灌浆以覆盖拉索。这种方法的现场组装是在空中完成的，没有浇筑和捣固。因此，它对周围地区的现有交通和居民的居住环境影响最小。最适合在现有的城市道路上建设。

Claims (20)

1.一种具有高的中央墙型梁的桥大梁，包括在两个桥墩之间的、用于运输车辆的具有第一和第二轮迹的桥大梁，其特征在于：

位于桥中间的中央梁；

其中，中央梁具有与车辆相当的或比车辆更高的高度；

其中，中央梁的宽度窄并且内部可以是中空的；

其中，中央梁用于悬挂和支撑桥梁的大部分重量和载荷，并将其向下传递到桥墩；

位于中央梁一侧的第一道路甲板；

其中第一甲板包括用于车辆交通的第一方向的第一车道；

其中第一车道包含第一和第二轨道；其中，第一轨道位于车辆的第一车轮路径下方，第二轨道位于第二车轮路径下方；

其中，第一甲板在第一车道的第一和第二轨道之间是敞开的并且是中空的，并且允许空气、雨水或雪流过。

2.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：第一护墙在一侧的端头；其中第一护墙低于中央梁并且内部可以是中空的。

3.根据权利要求2所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述大梁与多个大梁节段组装在一起；其中一个完整的梁桥可以用多个所述的大梁建造；其中每个所述的大梁由位于大梁两端的、并在大梁下面的一对桥墩支撑；其中相邻的所述大梁可以共享同一桥墩。

4.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述中央梁包含横向肋结构，以提高强度、抵抗扭曲。

5.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述中央梁具有孔，所述孔容纳预应力钢缆或钢筋，以支撑所述中央梁和甲板。

6.根据权利要求2所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述中央梁和第一护墙通过檩连接；其中檩连接第一车道中的第一和第二轨道。

7.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：第二道路甲板在中央梁的另一侧；其中第二甲板包含用于第二方向的车辆行驶的第二车道；其中第二车道包含第三和第四轨道；其中，第二甲板在第二车道的第三和第四轨道之间是开放且中空的，并允许空气、雨水或雪流过。

8.根据权利要求2所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述大梁桥结构在所述另一侧向端部包括了第二护墙。

9.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述第一轨道配备有第一自动驾驶车辆参考导向，并且，第二轨道可以配备有第二自动驾驶车辆参考导向；其中，自动驾驶车辆参考导向可确保车轮保持在各自的范围内。

10.根据权利要求9所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述参考导向在所述中央梁和/或护墙的旁边或一部分；其中，所述参考导向可以配备有相关设备或可以被相关设备检测；其中该设备可以安装在车辆上或在大梁桥结构上；其中，该设备可以检测、报告并响应不利的天气条件，例如雨、冰雹、雪或雾；其中该设备可以是传感器、无线数据通信设备，交通标志或信号；其中传感器可以用于视觉检测或参数测量；其中视觉检测可以监视交通和桥梁状况；其中，参数测量可能包括测量距离、风向和风速，进来的车速以及桥梁的总负载；其中，无线数据通信可以包括与车辆的发送和接收通信，与交通状况、天气、地图、车辆需求和车辆状况有关的数据；其中，交通标志和信号灯调节交通流量。

11.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述轨道的表面可以用沥青、混凝土、金属、工程塑料、橡胶或其他人造材料铺成；其中，轨道可以安装有加热装置，该加热装置由电、天然气或其他能源驱动；其中加热可用于融化雪或冰或使雨水变干。

12.根据权利要求6所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：每条车道中有两条带电滑轨，以通过集电靴为电动汽车供电；其中，带电轨道通过紧固件和隔离装置安装。

13.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述车道被指定用于特定的应用；其中，该应用包括使用客车、橡胶轮胎列车、高速车辆和低速车辆的公共交通；以及其他使用微型厢式车、旅游车、轿车、SUV、货运卡车、厢式货车和皮卡车的运输。

14.根据权利要求10所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述轨道可以用于运输具有动态车轴系统的电动车辆；其中，动态轴系统可通过独立轴使车辆两侧的车轮向外延伸或向内缩回；其中的传感器可测量从车辆到中央梁和车辆到护墙的距离，从而为车辆的转向控制系统提供可靠的参考，并防止车轮与驱动参考导向发生物理接触。

15.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述桥梁大梁下方的地面道路表面可以被规划为至少一条双向左转车道，以改善地面交通；其中自然光可以透过开放式甲板。

16.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述中央梁用作并替代任何其他形状的梁结构，例如箱型，T型梁或工字梁。

17.根据权利要求6所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述檩的截面形状可以是矩形、I形、T形、三角形、梯形、椭圆形或其他形状。

18.根据权利要求1所述的具有高的中央墙型梁的桥大梁，其特征在于：所述桥墩是具有实心或空心填充的钢筋混凝土；其中，立柱的截面形状为矩形、八边形、圆形或椭圆形。

19.一种在两个桥墩之间建造大梁桥的方法，该桥用于具有第一和第二轮迹的车辆的交通，其特征在于，包括如下步骤：

提供位于桥梁中间的中央梁；

其中，中央梁具有与车辆相当的高度；

其中，中央梁的宽度较窄；

其中，中央梁用于悬挂和支撑桥梁结构的大部分重量和载荷，并将其力向下传递到桥墩；

在位于中央梁一侧的桥上提供第一道路甲板，并在位于中央梁另一侧的桥上提供第二道路甲板；

其中第一甲板包含第一车道；其中第一车道包含第一和第二轨道；其中第二甲板包含第二车道；其中第二车道包含第三和第四轨道；其中，第一和第三轨道位于车辆的第一轮路径下方，第二和第四轨道位于第二轮路径下方；

其中，第一甲板在第一车道的第一和第二轨道之间是敞开的和中空的，而第二甲板在第二车道的第三和第四轨道之间是敞开和中空的；其中，空气，雨水或雪可以从第一和第二甲板的中空部分流过；

在非现场预浇铸多个原始大梁段；

其中，大梁段包含所述中央梁和甲板的一部分；

创建一组巨大大梁段；其中巨大大梁段根据需要连接两个或更多个所述原始大梁段；

在进行大梁桥安装过程后，使用原始大梁段和巨大大梁段建造大梁桥。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述大梁桥的安装过程包括：

提起大梁段和/或巨大大梁段，并将它们暂时固定到位；

连接大梁段、并安装后张拉电缆，以形成跨度并成为大梁；

重复操作，依次推进并固定每个大梁，直到整个桥完成。

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